Süperkapasitör için esnek ve kendi kendini iyileştirebilen hidrojel elektrolit sentezi ve karakterizasyonu
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AYŞE OYMAK
Danışman: Emine Yağmur
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yeni nesil akıllı malzemelerde kendini iyileştirebilme özelliği doğadaki biyolojik hasarların iyileşmesini taklit eden bir kavramdır. Kendini iyileştirme yeteneğine sahip malzemeler kullanılarak üretilen cihazlar, dayanıklılıkları ve uzun ömürlü olması nedeniyle dikkat çekmektedir. Özellikle esnek elektrokimyasal enerji depolama sistemleri, giyilebilir ve taşınabilir elektronik cihazlarda (akıllı saatler, vücut sensörleri, akıllı gözlük vb.) çok geniş kullanım potansiyeline sahiptir. Bu nedenle son yıllarda germe, bükme, sıkma gibi mekanik hasarlara dayanıklı, kendi kendini iyileştirebilen süperkapasitörler üzerinde çalışmalar yoğunlaşmıştır. Özellikle kendini iyileştiren elektrolitler, bu tür fiziksel hasarları onarabilmekte ve elektrot/elektrolit arayüzeyinde iyi bir temas sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında da süperkapasitörler için esnek ve kendi kendini iyileştirebilen hidrojel elektrolit sentezlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla iki farklı sentez yöntemi ile kendini yenileyebilen hidrojeller sentezlenmiştir. İlk yöntemde monomer olarak akrilik asit, çapraz bağlayıcı olarak farklı oranlarda etilen glikol, başlatıcı olarak amonyum per sülfatın kullanıldığı kendini iyileştirebilen hidrojeller elde edilmiştir. İkinci yöntemde ise polivinil alkol monomer olarak kullanılarak, farklı derişimlerde sülfürik asit (H2SO4) çözeltisi ile ince film şeklinde kendini iyileştirebilen hidrojel elektrolitler sentezlenmiştir. Farklı monomerler ve çapraz bağlayıcılar kullanılarak üretilen hidrojellerin öncelikle kendi kendini iyileştirme testleri ve karakterizasyon analizleri (FTIR, XRD, TGA, çekme testi) yapılmıştır. Analiz sonuçları kendi kendini iyileştirebilen hidrojellerin üretildiğini göstermiştir. Kendi kendini iyileştirebilen hidrojellerden elektrolit olarak kullanımı en uygun olanların performansını test etmek için elektrokimyasal analizler (CV, GCD, EIS) gerçekleştirilmiştir. PVA1SA (1M H2SO4 çözeltisi içeren) hidrojel elektroliti kullanılarak hazırlanan süperkapasitör hücresinin spesifik kapasitansı 1 A/g akım yoğunluğunda 80.00 F/g olarak ölçülmüştür. Bu değer ticari separatör kullanılarak hazırlanan süperkapasitör hücresinin spesifik kapasitansı (56.40 F/g) ile karşılaştırıldığında oldukça yüksektir. Ayrıca hidrojel sentezinde kullanılan H2SO4 derişiminin artması da süperkapasitör performansını artırmıştır (2M H2SO4 çözeltisi içeren PVA2SA için kapasitans değeri 85.55 F/g). Tezin son aşamasında ise kendi kendini iyileştirebilen PVA1SA hidrojeli kesilerek yeniden birleştirilmiş ve sonrasında süperkapasitör hücresine yerleştirilmiştir. Bu hidrojelin spesifik kapasitansı 74.30 F/g olarak ölçülmüştür. Bu sonuç hidrojel elektrolitin kesme-iyileştirme işlemi sonrasında elektrokimyasal özelliklerini koruduğunu göstermiştir.