Nar ve siyah havuç atıklarından karbon temelli malzemelerin üretimleri ve süperkapasitör cihaz performanslarının araştırılması

Bu tez çalışmasında, nar kabuğu, nar çekirdeği ve siyah havuç posası enerji depolama sistemlerinden biri olan süperkapasitörlerde ve sodyum iyon bataryalarda anot malzeme olarak kullanılmak üzere araştırılmıştır. Tüm atıklar için başlangıç ham örnekler 400-800 oC'de 100 ml/dk N2 inert ortamında 10 oC/dk ısıtma hızında silindirik fırında karbonize edilmiş, daha sonra 1/3 ve 1/4 oranında KOH ile emprenye edilmiştir. Sonrasında ise, 100 ml/dk N2 inert ortamında 800 oC'de aktivasyon işlemi yapılarak aktif karbonlar elde edilmiştir. Diğer taraftan numuneler ev tipi modifiye edilmiş mikrodalga fırında tüm atıklar için başlangıç ham örnekleri 600 ve 700 W gücünde 100 ml/dk N2 inert ortamında 10 dk boyunca karbonize edilmiş, daha sonra 1/4 oranında KOH ile muamele edilmiştir. Son olarak, 100 ml/dk N2 inert ortamında 700 W'da 15 dk da aktivasyon işlemi yapılarak aktif karbonlar elde edilmiştir. Elde edilen aktif karbon (AC) numuneleri BET, XRD, FTIR, Raman spektroskopisi, SEM ve elemental analizler ile karakterize edilmiş ve daha sonra süperkapasitör ölçümleri yapılmıştır. BET analiz sonuçlarına göre en yüksek yüzey alanına sahip numunenin 1195 m2/g olarak silindirik fırında elde edilen nar çekirdeğine ait olduğu belirlenmiştir. Elementel analiz sonuçlarına göre ise en yüksek karbon oranının %71.34 ile 700 W gücündeki mikrodalga fırında elde edildiği saptanmıştır. XRD, FTIR ve raman analiz sonuçlarının ise elde edilen aktif karbonların yapısal doğasını desteklediği, SEM görüntülerine göre ise tüm aktifleştirilmiş numunelerde başlangıç ham örneklerine göre gözenekli yapıların elde edildiği belirlenmiştir. Karakterizasyon işleminden sonra ise üretilen aktif karbonların süperkapasitörlerde kullanılmak üzere elektrokimyasal testleri (CV, EIS, GCD) gerçekleştirilmiştir. Buna göre 4 000 çevrim sayısında en yüksek kapasitans değeri 0,1 A/g'da 177 F/g ile siyah havuç posası (AKH64) örneğinde elde edilmiştir. Ayrıca ham örnekler, 200 ve 250 oC'de 2, 3 ve 4 saat sürelerinde hidrotermal karbonizasyon yapılarak hidroçarlar elde edilmiştir. Elde edilen hidroçarlar hard karbon elde edilmek için 3 oC/dk ısıtma hızında 1200 oC'de 1 saat boyunca termal işleme tabi tutularak hard karbonlar elde edilmiştir. Elde edilen hard karbon örnekler BET, XRD, FTIR, Raman spektroskopisi, SEM ve elemental analizler ile karakterize edilmiştir. Elementel analiz sonuçlarına göre ise en yüksek karbon oranının %75,83 olarak nar kabuğunda elde edildiği saptanmıştır. Hard karbon (HC) malzemelerin sodyum iyon bataryalarda anot malzeme olarak kullanılabilirliği karakterizasyon işlemleri ile araştırılmıştır.