Bağlayıcı kullanmadan üretilen molibden disülfür kaplı heteroatom katkılı grafen oksit elektrodların süperkapasitör malzemesi olarak kullanımı
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AYŞE VİDAT HACINECİPOĞLU
Danışman: Metin GENÇTEN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışması, süperkapasitörlerde kullanılmak üzere geleneksel enerji depolama sistemlerine potansiyel alternatifler olarak molibden disülfür (MoS₂) ve heteroatom katkılı (kükürt, klor ve fosfor) grafen oksit bazlı malzemelerin geliştirilmesini sunmaktadır. Çalışmada, oda sıcaklığında elektrokimyasal yöntemle sentezlenen 2H-MoS₂ bazlı malzemelerin süperkapasitörlerde bağlayıcı içermeyen elektrot malzemeleri olarak ilk kullanımı rapor edilmektedir. MoS₂'nin sentezi dönüşümlü voltametri (CV) ile gerçekleştirilirken, kükürt katkılı grafen oksit (S-GO), klor katkılı grafen oksit (Cl-GO) ve fosfor katkılı grafen oksit (P-GO) ise kronoamperometri (CA) yöntemiyle sentezlenmiştir. Malzemeler, kimyasal yapıları hakkında bilgi edinmek amacıyla Raman spektroskopisi, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve X-ışını kırınımı (XRD) teknikleri kullanılarak kapsamlı bir şekilde karakterize edilmiştir. Ayrıca, kompozitlerin yüzey morfolojisi, Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDX) ile birleştirilmiş xvii Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) ve FESEM kullanılarak incelenmiştir. Elektrokimyasal performans değerlendirmeleri kapsamında, kapasitif davranış değişiklikleri dönüşümlü voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve dönüşümlü şarj/deşarj (GCD) testleri ile analiz edilmiştir. Elde edilen en yüksek özgül kapasitans değerleri, 2H-MoS₂-S-GO elektrodu için 10 mA cm⁻² akım yoğunluğunda 532,8 mF cm⁻² (0,5 A g⁻¹ akım yoğunluğunda 266,4 F g⁻¹), S-GO-10 elektrodu için ise aynı koşullarda 247,4 mF cm⁻² (190,31 F g⁻¹) olarak belirlenmiştir. Her iki elektrotun kapasitif davranışı 5000 döngü boyunca değerlendirilmiş olup, döngü sonunda kapasitans tutma oranları %99,2'nin üzerinde kalmıştır. 1 M H₂SO₄ elektroliti ortamında test edilen 2H-MoS₂-Cl-GO elektrodu, Cl-GO elektrota kıyasla (414,4 mF cm⁻²) daha üstün bir performans sergileyerek 915,6 mF cm⁻² özgül kapasitans değerine ulaşmıştır. Ayrıca bu elektrot, 5000 şarj-deşarj döngüsü sonunda kapasitesinin %90,2'sini koruyarak yüksek döngü kararlılığı göstermiştir. Benzer şekilde, 2H-MoS₂-P-GO elektrodu da uzun vadeli döngü testlerine tabi tutulmuş ve 855,8 mF cm⁻² özgül kapasitans değeri ile 10.000 döngü sonunda kapasitesinin %83,9'unu muhafaza ederek dikkat çekici bir döngü stabilitesi ortaya koymuştur. Karşılaştırma amacıyla test edilen P GO elektrodu ise yaklaşık 305,4 mF cm⁻² kapasitans değeri göstermiş ve döngü sonunda kapasitesinin yalnızca %64,6'sını koruyabilmiştir. Bu sonuçlar, 2H-MoS₂ katkısının elektrot performansını belirgin şekilde iyileştirerek yüksek kapasitif özellikler ve üstün döngü kararlılığı sağladığını açıkça ortaya koymaktadır.