Yeni nesil poli(N-isopropylacrylamid) ve poli(akrilikasit) temelli kompozit elektrotların hazırlanması ve süperkapasitör uygulamaları

Süperkapasitörler, yüksek güç yoğunlukları, hızlı şarj-deşarj hızları, çevre dostu olmaları ve uzun çevrim ömürleri nedeniyle enerji depolama sorununa önemli bir çözüm olarak büyük ilgi görmüştür. Süperkapasitörlerin verimliliği büyük ölçüde elektrot malzemelerinin özelliklerine göre belirlenmektedir. Poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPAM) ve poli(akrilikasit) (PAAc) polimerleri radikal polimerizasyon yöntemi ile sentezlendi. Polimerler monomer, çapraz bağlayıcı (MBA), hızlandırıcı (TEMED) ve radikal başlatıcı (APS) kullanılarak elde edildi. Daha sonra, - karbon nanotüp (KNT) ve tek metalli M(Pd, Pt, Ru, Co, Mo, Fe, Ga, Bi, Ni)/KNT katalizörleri ile polimerler kompozit (M/KNT-g-PAAc) olarak sentezlendi. Polimerler ve metal katkılandırılmış polimerler Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR), Mikro Raman Spektrometresi (RAMAN) ve Taramalı elektron mikroskopları ve elementel haritalama (SEM-EDX), X ışını kırınımı (XRD) yöntemleri ile analiz edilmiştir. Bu tezde karbon keçe temelli elektrot malzemesi üzerine iyonik iletkenliği yüksek polimerler ve M(Pd, Pt, Ru, Co, Mo, Fe, Ga, Bi, Ni)/KNT kompozitlerin kaplanması ile yüksek kapasitans sergileyen yeni nesil elektrotlar geliştirildi. Elektrotların kapasitif performansları 1.0 M H2SO4 sulu elektrolit ortamında çevrimsel voltametri (CV), galvanostatik şarj deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri ile incelendi. Sonuç olarak, süperkapasitör elektrot olarak işlev gören PAAc-g-(Ru/CNT) ve PAAc-g-(Ni/CNT), en yüksek spesifik kapasiteler sergilemiştir. PAAc-g-(Ru/CNT), 5 mV s-1 hızında 1294.5 F g-1 spesifik kapasiteye sahiptir ve PAAc-g-(Ni/CNT), 2.0 mA cm-2 akım yoğunluğunda 680.0 F g-1 spesifik kapasiteye sahiptir. Ayrıca, bu elektrotlar sırasıyla 1000 çevrim sonrasında %97.7 ve %94.1 yüksek kapasite koruması göstererek genişletilmiş döngü ömrü ve güçlü elektrokimyasal kararlılık sergilemiştir. Bu sonuçlar, enerji depolama alanındaki ilerlemeye önemli bir katkı sağlamakta ve daha verimli ve sürdürülebilir enerji depolama cihazlarının geliştirilmesi için uygulanabilir çözümler sunmaktadır. Bu tez, iyon iletken polimerlerin bir elektrot malzemesi olarak kullanıldığı enerji depolama ve enerji dönüşüm cihazları için uygun metal/karbon kompozitlerine yeni yaklaşımlar sunmuştur. Ayrıca, yüksek performanslı süperkapasitörler için yeni kompozitlerin oluşturulması konusunda önemli görüşler sunmuştur.