Süperkapasitör için Grafen@VA-BCN-NT@WS2 kompozit elektrot üretimi ve karakterizasyonu

Bu tez çalışmasında süperkapasitör için Grafen@VA-BCN-NT@WS2 kompozit elektrot üretimi aşamalı bir şekilde gerçekleştirilmiş olup bu elektrot yapısı spesifik kapasitans, enerji yoğunluğu ve döngü kararlılığı gibi parametreler yönünden araştırılmıştır. İlk aşamada grafen sentezi, ikinci aşamada ise grafen üzerine FCCVD yöntemi ile 950oC'de VA-BCN-NT'ler büyütülmüştür. Bu yöntemde katalizör kaynağı olarak ferrosen, kaynak malzeme olarak da borik asit, etanol ve asetonitril çözeltisi kullanılmıştır. Son aşama olarak VA-BCN-NT'ler üzerine hidrotermal yöntemle WS2 nanoyapraklar büyütülmüştür. VA-BCN-NT'ler üzerine iyi yapışan WS2 nanoyapraklar aracılığıyla 3D çekirdek@kabuk yapısı elde edilerek sinerjistik bir etki oluşturulmuştur. Üç elektrotlu test hücresinde 6M KOH elektrolit kullanılarak ayrı ayrı gerçekleştirilen GCD ölçümlerinde 0,5 A g-1 akım yoğunluğunda VA-BCN-NT'lerin spesifik kapasitansı 364 F g-1 olarak hesaplanırken VA-BCN-NT@WS2 elektrot yapısının spesifik kapasitansı da 690 F g-1 olarak hesaplanmıştır. Bununla birlikte 20 A g-1 akım yoğunluğunda alınan 10.000 şarj/deşarj döngüsü sonrasında VA-BCN-NT'ler başlangıçtaki spesifik kapasitansının %97'sine sahipken 5.000 şarj/deşarj döngüsü sonrasında VA-BCN-NT@WS2 elektrot yapısı başlangıçtaki spesifik kapasitansının %74'üne sahip olarak mükemmel bir döngü kararlılığı sergilemiştir. Buna ek olarak iki elektrotlu simetrik yapıdaki VA-BCN-NT@WS2 süperkapasitör için 1 A g-1 akım yoğunluğunda spesifik kapasitans 170 F g-1 olarak elde edilmiştir. Ayrıca bu süperkapasitörün 1 V potansiyel aralığında 10.000 döngü sonunda spesifik kapasitansının %85'ini koruduğu gözlemlenmiştir. Enerji yoğunluğu 23.6 Wh kg-1 iken güç yoğunluğu ise 4250 W kg-1 olarak bulunmuştur.

In this thesis, the synthesis of Graphene@VA-BCN-NT@WS2 composite electrode for the supercapacitor was carried out in stages, and this electrode structure was investigated in terms of parameters such as specific capacitance, energy density, and cycle stability. In the first step graphene synthesis and in the second step VA-BCN-NTs were grown at 950oC by FCCVD method on graphene. In this method, ferrocene was used as the catalyst source, and boric acid, ethanol, and acetonitrile solution were used as the source material. As a final step, WS2 nanosheets were grown on VA-BCN-NTs by hydrothermal method. A synergistic effect was created by obtaining a 3D core@shell structure through WS2 nanosheets that adhere well to VA-BCN-NTs. In the GCD measurements performed separately in a three-electrode test cell using 6M KOH electrolyte, the specific capacitance of the VA-BCN-NTs at a current density of 0.5 A g-1 was calculated as 364 F g-1, while the specific capacitance of the VA-BCN-NT@WS2 electrode structure was also calculated as 690 F g-1. However, VA-BCN-NTs have 97% of their initial specific capacitance after 10.000 charge/discharge cycles taken at a current density of 20 A g-1, while the VA-BCN-NT@WS2 electrode structure has 74% of initial specific capacitance after 5.000 charge/discharge cycles. In addition, the specific capacitance was obtained as 170 F g-1 at a current density of 1 A g-1 for the VA-BCN-NT@WS2 supercapacitor with a two-electrode symmetrical structure. Also, it has been observed that this supercapacitor maintains 85% of its specific capacitance at the end of 10.000 cycles in the 1 V potential window. While the energy density was 23.6 Wh kg-1, the power density was found to be 4250 W kg-1.