N-VACNT@MnO2 nanokompozit yapının süperkapasitör elektrot malzemesi olarak araştırılması

Bu tez çalışmasında ilk olarak FCCVD yöntemi ile karbon kumaş üzerine azot katkılı düşey doğrultuda karbon nanotüpler sentezlenmiş ve ikinci olarak da üzerlerine hidrotermal yöntem ile MnO2 nanoyaprakçıklar büyütülmüş olup CC@N-VACNT@MnO2 nanokompozit yapısı elde edilmiştir. Bu nanokompozit elektrot malzemesinin süperkapasitör uygulaması için spesifik kapasitans, enerji yoğunluğu ve döngü kararlılığı gibi parametreleri araştırılmıştır. Üç elektrotlu test hücresinde 1 M Na2SO4 elektrolit kullanılarak ayrı ayrı gerçekleştirilen GCD ölçümlerinde 0,5 A g-1 akım yoğunluğunda N-VACNT'lerin spesifik kapasitansı 53,7 F g-1 olarak hesaplanırken N-VACNT@MnO2 elektrot yapısının spesifik kapasitansı da 497 F g-1 olarak hesaplanmıştır. Bununla birlikte N-VACNT elektrotu 10 A g-1 akım yoğunluğunda alınan 10.000 şarj/deşarj döngüsü sonrasında başlangıçtaki spesifik kapasitansının %99'una sahipken N-VACNT@MnO2 elektrot yapısı 10.000 şarj/deşarj döngüsü sonrasında başlangıçtaki spesifik kapasitansının %76'sına sahip olarak mükemmel bir döngü kararlılığı sergilemiştir. Buna ek olarak asimetrik yapıdaki süperkapasitör için 1 A g-1 akım yoğunluğunda spesifik kapasitans 59,4 F g-1 olarak elde edilmiştir. Ayrıca bu süperkapasitörün 1,7 V potansiyel aralığında 10.000 döngü sonunda spesifik kapasitansının %84'ünü koruduğu gözlemlenmiştir. Enerji yoğunluğu 24,7 Wh kg-1 iken güç yoğunluğu ise 15,7 kW kg-1 olarak bulunmuştur.

In this thesis firstly, nitrogen-doped vertically aligned carbon nanotubes on carbon fabric were synthesized by FCCVD method, and secondly, MnO2 nanosheets were grown on them by hydrothermal method, and CC@N-VACNT@MnO2 composite structure was obtained. Parameters such as specific capacitance, energy density, and cycle stability of this composite electrode material were investigated for supercapacitor application. In the GCD measurements performed separately in a three-electrode test cell using 1 M Na2SO4 electrolyte, the specific capacitance of N-VACNTs at a current density of 0.5 A g-1 was calculated as 53.7 F g-1, while the specific capacitance of the N-VACNT@MnO2 electrode structure was calculated as 497 F g-1. However, while the N-VACNT electrode has 99% of its initial specific capacitance after 10.000 charge/discharge cycles taken at a current density of 10 A g-1, the N-VACNT@MnO2 electrode structure exhibited excellent cycle stability with 76% of its initial specific capacitance after 10 charge/discharge cycles. In addition, for the asymmetrical supercapacitor, the specific capacitance was obtained as 59.4 F g-1 at a current density of 1 A g-1. In addition, it has been observed that this supercapacitor maintains 84% of its specific capacitance at the end of 10,000 cycles in the 1.7 V potential range. While the energy density was 24.7 Wh kg-1, the power density was found to be 15.7 kW kg-1.