Üç boyutlu grafen içerikli süperkapasitör yapımı

Grafen; elektriksel, termal ve mekanik özellikleri açısından eşsiz bir malzemedir. Son yıllarda sensörler, fotodedektörler, güneş panelleri, enerji depolama aygıtları ve kataliz araştırmalarında yoğun olarak kullanılmaktadır. Özellikle 2 boyutlu (2D) grafen tabakaların polimerler içine homojen olarak dağıtılması ve oluşturulan bu yapıların başta enerji uygulamaları olmak üzere; elektromanyetik kalkanlama, optoelektronik ve sensör teknolojisinde kullanımı hedeflenmiştir. Fakat grafen tabakaların homojen olmayan dağılım ve kendi aralarında yeniden istiflenme eğiliminde olma isteği ve tabakalar arası yüksek direnç gibi parametreler grafenin kullanım alanını önemli ölçüde sınırlamıştır. Bu çalışmada, öncelikle bu problemi ortadan kaldıracak üç boyutlu (3D) grafen köpük yapısının üretilmesi hedeflenmiştir. Bunun için ilk olarak 2D grafen yapıları içeren çözeltiler elektrokimyasal eksfoliasyon (sıyırma) yöntemi ile elde edilmiş, ardından bu yapıların üç boyutlu bir yapı oluşturacak şekilde metal bir iskelet üzerinde istiflenmesi hidrotermal yöntemle sağlanmıştır. Hidrotermal yönteme alternatif olarak çok daha kolay ve etkin bir yöntem olan elektrokimyasal yöntem ile de 3D grafen yapısı nikel köpük üzerinde elde edilmiştir. Elde edilen bu yapılar hiçbir organik bağlayıcıya ve iletkenlik artırıcıya gerek kalmadan süperkapasitör elektrodu olarak kullanılmıştır. Hidrotermal yöntemle elde edilen yapılar arasında en iyi spesifik kapasitans 2000 sürekli dolma boşalma çevrimi için sabit 1 A/g da 280 F/g olarak elde edilmiştir. Elektrokimyasal olarak farklı kaplama sürelerinde elde edilen numuneler arasında, en iyi elektrokimyasal performansı 10 dk boyunca grafen kaplanmış elektrot göstermiştir. Sabit 20 A/g da 2500 sürekli dolup boşalma için gözlenen maksimum kapasitans 970 F/g dır. Ayrıca üretilen 3D grafen yapının nem sensörü olarak kullanımı yönünde de bir ön araştırma yapılmıştır.