Hidrotermal yöntem ile iki boyutlu WS2 ve Bi2S3 nanoyapıların sentezi ve süperkapasitör uygulamaları
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanobilim ve Nanomühendislik Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2020
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ADEM KARA
Danışman: Mehmet Ertuğrul
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Amaç: Bu tez çalışmasında, süperkapasitör elektrot malzemesi olarak Tungsten disülfür (WS2) ve Bizmut sülfür (Bi2S3) nanoboyutlu yapıların sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal davranışlarının incelenmesi amaçlanmıştır. Yöntem: WS2 ve Bi2S3 yapılar hiçbir yüzey aktif madde kullanılmadan hidrotermal yöntem ile sentezlenmiştir. Bu sentezlenen maddelerin karakterizasyonu için taramalı elektron mikroskopi (SEM), geçirimli elektron mikroskopi (TEM), X-ışını kırınım (XRD) teknikleri kullanılmıştır. Bu maddelerin elektrokimyasal davranışlarının incelenmesi için Ni-köpük alttaş üzerine farklı teknikler kullanılarak Ni/WS2 ve Ni/Bi2S3 elektrotları hazırlanmıştır. Elektrotların spesifik kapasitans ve döngü ömürleri (kararlılık), kapasitans performansı, dönüşümlü voltametri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) testleri iki ve üç elektrotlu sistemi kullanılarak araştırılmıştır. Ayrıca, elektrot malzemelerin parçacık boyut dağılımı partikül analizör ile incelenmiştir. Bulgular: Elektrot hazırlanırken malzemenin öğütülmesi yapısal bir kararlılık sağlamakla birlikte spesifik kapasitans değerinin de artmasına sebep olmuştur. Öğütme işlemi parçacık boyutunun düşmesine sebep olmuştur. 1 M Na2SO4 çözeltisinde W3 (WS2) ve B3 (Bi2S3) elektrotlarının elektrokimyasal davranışları incelendiğinde spesifik kapasitans değerleri 212 ve 117 F/g olarak hesaplanmıştır. Bu elektrotların 5 A/g akım yoğunluğunda 2000 döngü sonrası kapasitans değerlerinin sırayla % 95 ile % 85'ni korudukları belirlenmiştir. Asimetrik hücre-I ve hücre-II'nin spesifik kapasitans değerleri 81,5 ve 61,5 F/g olarak ölçülmüş ve 5 A/g akım yoğunluğunda 2000 döngü sonrası kapasitans değerlerinin sırayla % 81 ve % 71'ni korudukları belirlenmiştir. Asimetrik süperkapasitörler için sırayla 11,32 Wh/kg ve 8,54 Wh/kg enerji yoğunluğuna karşın güç yoğunlukları her iki asimetrik hücre için 250 W/kg olarak hesaplanmıştır. Sonuç: WS2 ve Bi2S3 hidrotermal yöntem ile yüksek saflıkta sentezlenebilir. WS2 ve Bi2S3'un elektrokimyasal davranışları incelenmiş, her iki madde de süperkapasitör malzemesi olarak kullanılması uygun bulunmuştur. Elektrot malzemesinin öğütülmesi spesifik kapasitans değerini artırmıştır. Anahtar Kelimeler: WS2, Bi2S3, CV, GCD, EIS, süperkapasitör ve asimetrik süperkapasitör