rGO/MIL-101/PANI kompozitlerinin hazırlanması ve elektrokimyasal özelliklerinin araştırılması

Yenilenebilir enerjiye yapılan yatırımların artması ve taşınabilir elektroniklerin yaygınlaşması sebebiyle elektrik enerjisi depolama ihtiyacı doğmuştur. Lityum iyon pilleri ve süperkapasitörler elektrik enerjisini elektrokimyasal olarak depolayabilen iki önemli teknolojidir. Süperkapasitörler üstün güç yoğunlukları ile öne çıkarken enerji yoğunlukları lityum iyon pillerinin altındadır. Bu sebeple süperkapasitörlerin güç yoğunluklarından feragat etmeden, enerji yoğunluklarını arttırmak araştırma konusu olmuştur. Süperkapasitör uygulamalarında kullanılmak üzere hazırlanan malzemelerin gözenekli, elektrolit içerisinde uzun süre kararlı, elektriksel iletkenliği ve yük aktarım yeteneği yüksek olması istenmektedir. Metal organik kafesler, ligantların metal iyonlarını birbirine bağlamasıyla oluşan gözenekli malzemelerdir. MOF'lar çoğu zaman elektrolitler ile iyi etkileşebilen gözenek yapısıyla süperkapasitör uygulamaları için aranan özelliklere sahiptir. Ancak elektriksel iletkenliklerinin düşük olması elektrokimyasal uygulamalardaki performanslarını olumsuz etkilemektedir. MOF'ların süperkapasitif özellikleri araştırılmaya başlanmıştır ancak MOF sınıfı malzemelerin elektrokimyasal enerji depolama mekanizması hakkında hala yeterli seviyede bilgiye ulaşılamamıştır. İletken polimerler ailesinden polianilinin (PANI), süperkapasitör ve lityum iyon pillerindeki uygulamaları iletkenlik arttırıcı olarak araştırılmıştır. PANI'nin morfolojisi de elektrokimyasal ölçümün sonucuna önemli derecede etki yapmaktadır. PANI'in esnek doğası diğer malzemelerle kolay bir şekilde kompozitleşmesine olanak tanır. PANI, grafen gibi malzemelerle kompozitleştirildiğinde daha yüksek kararlılık, yüksek iletkenliğe sahip nanokompozitlerin oluşturmaktadır. Tez çalışmasında MIL-101(Cr) ve MIL-101(Fe)'nın indirgenmiş grafen oksit ve polianilin ile yeni nanokompozitleri hazırlanmıştır. MIL-101(Cr) ve ikili kompozitleri hem hidrotermal hem de mikrodalga yöntemiyle sentezlenmiştir. Hazırlanan malzemeler elementel analiz, FT-IR, XRD, FE-SEM ve 77 K'de N2 adsorpsiyonu ve desorpsiyonu analizleri ile karakterize edilmiştir. Kompozitlerin elektrokimyasal özellikleri 0,5 M Na2SO4 ve 2M KOH içerisinde döngülü voltametri (CV), galvanostatik şarj deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemleriyle araştırılmıştır. Kompozitlerin grafen ilavesiyle EDLC tipi kapasitif özellikleri gelişirken, PANI ilavesiyle ise psedokapasitif özelliklerinde iyileşme gerçekleştiği gözlenmiştir. GCD yöntemiyle en yüksek spesifik kapasitans değerine rGO-6/MIL-101(Fe)/PANI kompoziti ile ulaşıldığı belirlenmiştir. Grafen ilavesiyle MOF'ların iç dirençlerinin azaldığı EIS ile belirlenmiştir. içeren üçlü kompozitlerin şarj/deşarj kararlılığı testlerinde ilk 500 döngüde kapasitansın geliştiği 1000. döngüye kadar da kararlı kaldığı tespit edilmiştir. MIL-101(Fe) içeren üçlü kompozitin ise 1000. Döngüye kadar kapasitansının kararlılığını sürdürdüğü görülmüştür.