Development of Modified Carbon Fibers for Potential Applications in Multifunctional, Structural Supercapacitors
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Şevval Nur Karademir
Danışman: İffet Işıl Gürten İnal
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışmasında, çok işlevli yapısal süperkapasitörlerde potansiyel malzeme olarak kullanılmak üzere, enerji depolama kapasiteleri iyileştirilmiş ve mekanik dayanımlarını koruyan modifiye karbon fiber kumaşlar geliştirilmiştir. Bu amaçla, atık biber posasından (salça fabrikası atığı) farklı kimyasal aktivasyon araçları (ZnCl2, K2CO3, H3PO4) kullanılarak gözenekli karbon malzemeler üretilmiş, yüzey özellikleri, yüzey alanı, gözenek boyut ve parçacık boyut dağılımı, elementel analiz, FTIR, Raman, SEM-EDS, XPS; enerji depolama kapasiteleri ise döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri ile karakterize edilmiştir. Karbon fiber kumaşların yüzeyi, en iyi enerji depolama performansı gösteren aktif karbon örnekleri (BP/K2CO3 1:1 ve BP/ZnCl2 1:1.5) ile farklı kütle oranlarında kaplanmıştır (%0, %2, %5, %10). Karşılaştırma amacıyla, karbon fiber kumaşlara doğrudan kimyasal aktivasyon işlemi de uygulanmıştır. Modifiye edilen tüm karbon fiber kumaşların, elektrokimyasal testleri de aynı koşullarda gerçekleştirilmiştir. Karbon fiber kumaş yüzeyindeki aktif karbon miktarının artmasıyla elektrokimyasal performansın arttığı gözlenmiştir. Kütlece %10 aktif karbon ile modifiye edilmiş karbon fiberlerin spesifik kapasitansında orijinal fibere göre 19 kat artış elde edilmiştir. Orijinal karbon fiber ve aktif karbon ile modifiye edilen kumaşlardan epoksi reçine kullanılarak, vakum infüzyon yöntemiyle kompozit malzemeler hazırlanıp oda sıcaklığında çekme testleri gerçekleştirilmiş ve çekme dayanımlarında orijinal fibere göre önemli bir düşüş elde edilmemiştir. %0, %2, %5, %10 aktif karbon kaplı kompozitlerin çekme dayanımları sırasıyla; 513.41, 493.42, 502.76, ve 474.55 MPa olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, atık biyokütle temelli aktif karbonlar ile modifiye edilerek hazırlanan karbon fiber kompozitlerin yapısal süperkapasitör elektrotu olarak kullanılma potansiyelinin yüksek olduğu görülmüştür.