Kayısı çekirdeği kabuğu temelli selüloz sentezi, sürdürülebilir enerji depolamada kullanılmak üzere sert karbon üretimi ve elektrokimyasal özelliklerinin araştırılması

Yenilenebilir kaynaklara dayalı sürdürülebilir enerji sistemlerinin geliştirilmesi, enerji depolama teknolojilerinde çevre dostu ve maliyet etkin çözümlerin önemini artırmaktadır. Bu çalışmada, biyokütle tabanlı kayısı çekirdeği kabuğu kullanılarak, sodyum-iyon bataryalarda anot elektrot olarak değerlendirilebilecek sert karbon malzemelerinin üretimi ve performansı araştırıldı. Karbon öncülü olarak kayısı çekirdeği kabuğu (KÇK), bu biyokütleden izole edilen selüloz (S) ve nanoselüloz (NS) olmak üzere üç farklı malzeme seçildi. Her bir malzeme üzerinde üç farklı işleme yaklaşımı uygulandı: i) temel karbonizasyon süreci, ii) sodyum karbonat ile kimyasal aktivasyon sonrası karbonizasyon ve iii) hidrotermal işlem ile Mn katkılama işlemini takiben karbonizasyon. Elde edilen karbon bazlı malzemeler; X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), yüzey alanı ve gözenek boyutu analizi (BET) ile Raman spektroskopisi kullanılarak detaylı biçimde karakterize edildi. Elde edilen ve yapıları aydınlatılan karbon bazlı malzemelerin Na-iyon batarya testleri, yarım hücre tipi CR2032 bataryalarda gerçekleştirildi. Elektrokimyasal karakterizasyonlar; döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS), galvanostatik çevrim testleri ve farklı akım yoğunluklarında C-rate performans analizleri yapıldı. Düşük akım yoğunluğunda (0,05 A/g) en yüksek ilk deşarj kapasitesi, 451,99 mAh/g ile alkali işlem görmüş nanoselüloz tabanlı örnekte elde edildi. C-rate testleri sonucunda, düşük akımda en yüksek kapasiteyi kayısı çekirdeği kabuğu esaslı ve alkali aktivasyon uygulanmış örnek gösterirken; yüksek akımda kapasitesini en iyi koruyan örneklerin Mn katkılı versiyonlar olduğu belirlendi. Elde edilen bulgular hem aktivasyon hem de Mn katkılama işlemlerinin elde edilen karbon bazlı malzemelerin elektrokimyasal performans üzerinde önemli etkiler yarattığını ortaya koymakta, özellikle alkali işlem görmüş karbonların yapısal dayanımını ve çevrim kararlılığını artırdığını göstermektedir. Bu sonuçlar, kayısı çekirdeği kabuğu ve türevi karbon malzemelerin sodyum-iyon bataryalar için potansiyel anot malzemeleri olarak değerlendirilebileceğini göstermektedir.