Organik esaslı akış bataryalarının geliştirilmesi, kimyasal/elektrokimyasal karakterizasyonu ve performanslarının belirlenmesi

Dünyada artan nüfus ve teknolojiye bağlı olarak her geçen gün enerji talebi artmaktadır. Artan enerji talebinin karşılanması için karbon ayak izi yüksek enerji kaynakları kullanılmakta, bu durum çevre ve atmosfer kirliliği olarak insanlığa geri dönmektedir. Kirliliği önleyerek çevreyi temiz tutmak ve canlıların yaşamına olumsuz etki etmesini engellemek amacıyla, ekonomik açıdan da cazip olan yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) kullanımı artırılmaya çalışılmaktadır. Ancak YEK sürekli olmadığı için, örneğin güneş enerjisi panelleri ve rüzgar türbinleri gibi, üretilen enerjinin şebekeye entegrelerinde problemler olmakta ve üretilen enerji her zaman kullanılamamaktadır. Bu nedenle her alanda olduğu gibi yüksek enerji talebinin olduğu şehir şebeke elektrik enerjisinin de depolanmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Böylece depolanan enerji şebekeye belirli akımlarda aktarılabilecek ve YEK ile üretilen enerjinin sürekli olmadığı saatlerde de şebekeye enerji verilebilecektir. Ülkemizde de YEK'e ve enerji depolamaya verilen önem dünyada olduğu gibi her geçen gün yükselmektedir. Bu tezde şehir elektriğini depolamak amacıyla organik redoks akış bataryalarının kullanılması çalışılmıştır. Redoks akış bataryaları yüksek elektrik enerjisi depolama özelliklerine sahip bataryalardır. Sıvı elektrolitin akışı yoluyla enerjinin depolanması prensibine dayanan bu bataryalarda, enerji depolama miktarını artırmak için elektrolit miktarını artırmak yeterlidir. Elektrolit ise sulu veya susuz çözücü kullanarak hazırlanabilmektedir. Çözünen ise redoks tepkimelerinin gerçekleştiği elektroaktif bir organik malzeme olmalıdır. Tez kapsamında çeşitli organik malzemeler incelenmiştir. Bu organik malzemeler polianilin boronik asit (PABA), politiyofen boronik asit (PTBA), ferrosen disülfonik asit (FcDS), ferrosen - 1,4-disübstitüe 1,2,3-triazol (1,2,3-TAFc), ve 2,2,6,6-tetrametilpiperidin (TEMPOL) bileşikleridir. PTBA, PABA, FcDS, 1,2,3-TAFc organik malzemelerinin akış bataryalarında elektroaktif malzeme olarak kullanım potansiyelleri incelenmiştir. Farklı pH seviyelerindeki çözeltilerde yapılan testler ile ilgili organik malzemelerin elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Sulu ortamda yapılan testlerde 1,2,3-TAFc bileşiği ile akış bataryası sistemi kurularak şarj/deşarj davranışı araştırılmıştır. İlgili organik malzemenin son derece kararlı olduğu tespit edilerek literatürde ilk defa başarılı bir şekilde batarya testleri gerçekleştirilmiştir. TEMPOL bileşiği ise akış bataryalarında elektrot olarak kullanılan grafit keçelerin performans testlerini gerçekleştirmek amacıyla kullanılmıştır. Grafit keçe elektrotlar grafen ile kaplanarak TEMPOL malzemesi ile test edilmiş ve performans değişimleri incelenmiştir.