Ti3CTtx MXene filmlerinin üretimi ve süperkapasitör uygulamaları

Son zamanlarda teknolojinin gelişmesiyle artan enerji talebi ile birlikte enerji depolama cihazlarına olan ihtiyaç da giderek artmaktadır. Enerji depolama cihazlarından süperkapasitörler pillere oranla hızlı şarj-deşarj özellikleri ile daha çok tercih edilen enerji depolama cihazlarıdır. Bu sebeple yüksek kapasitif özelliğe sahip, düşük maliyetli ve çevreye zararsız süperkapasitör elektrot malzemelerinin geliştirilmesi önemli bir çalışma alanı haline gelmiştir. 2B Ti3C2Tx MXeneler yüksek kapasitans, hızlı şarj-deşarj ve yüksek çevrim ömrüyle süperkapasitör çalışmaları için umut verici malzemelerdir. Bu çalışmada, Ti3C2Tx MXene filmlerinin üretimi ve karakterizasyonları detaylı bir şekilde incelenmiştir. MXene üretimi için sentez parametrelerinin optimizasyonu tamamlandıktan sonra MXene filmi oluşturulmuş, döngüsel voltametri, galvonastatik şarj-deşarj ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi yöntemleri ile elektrokimyasal özellikleri belirlenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında MXene, Ti3AlC2 (MAX) fazından kimyasal dağlama ile üretilip vakum filtrasyonu yöntemi ile film oluşturulmuştur. Elde edilen filmlerin yapısal özellikleri XRD ve FTIR, yüzey morfolojisi SEM, EDX, AFM ve termal özellikleri TGA ve DSC analizleri ile detaylı bir şekilde incelenmiştir. Ardından MXene filmlerinin elektrokimyasal performansına çeşitli deney parametrelerinin etkileri incelenmiştir. Üretilen MXene filmlerinin kapasitif performanslarına, elektrolit türü (1 ve 3 M H2SO4, 1 ve 3 M KOH ve 1 ve 3 M MgSO4), potansiyel aralığı (-0,6-0,6; -0,6-0; 0-0,6 ve -1-1 V) ve potansiyel tarama hızı (1 mV s-1, 5 mV s-1, 10 mV s-1, 50 mV s-1, 100 mV s-1 ve 500 mV s-1) parametrelerinin etkileri döngüsel voltametri yöntemi ile incelenmiştir. En yüksek kapasitans değeri 3 M H2SO4 elektroliti kullanılarak 555 F/g olarak elde edilmiş ve bu değeri 488 F/g ile 3 M MgSO4 ve 475 F/g ile 3 M KOH çözeltileri izlemiştir. MXene filmlerinin enerji depolama kapasiteleri galvonastatik şarj-deşarj eğrileri kullanılarak belirlenmiştir. Ayrıca elektrokimyasal impedans spektroskopisi ile MXene filminin yüzey direnci ve elektrokimyasal etkileşim mekanizmaları incelenmiştir. MXene elektrot malzemelerinin kararlılık performansları 5000 döngüde 500 mV/s hızda ve -0,6-0,6 potansiyel aralığında çalışılmış ve sonuçta %95'in üzerinde kapasitans korunumu oranıyla sentezlenen MXene filminin yüksek kimyasal stabilitesi kanıtlanmıştır.