SÜPERKAPASİTÖRLER İÇİN CuFe2O4, g-C3N4 VE GNPs KATKILI HİB-RİT NANO KOMPOZİTLERİN ÜRETİMİ VE ELEKTROKİMYASAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Abstract

ÖZET

Süperkapasitörler günümüzde enerji depolama amacıyla yaygın olarak kullanılan ci-hazlardır. Bu cihazların performansını etkileyen en önemli parametrelerden biri anot malzemesidir. Metal oksitler, yükseltgenme indirgenme mekanizmaları ile şarj depola-yabildiklerinden anot malzemesi olarak tercih edilmektedir. Ancak, metal oksitlerin düşük iletkenliği önemli bir dezavantajdır. Bu sorunu gidermek için iletken bileşenle-rin takviye edilmesi önemli ölçüde çözüm sağlamaktadır. Bu çalışmada, literatürdeki bilgilerden faydalanarak, nikel köpük yüzeyinde hidrotermal yöntemle doğrudan sen-tezlenmiş CuFe2O4 anot malzemesinin iletkenliğini artırmak için grafitik karbon nitrür (g-C3N4) ve grafen nanoplakalarının (GNPs) takviye edilmesi amaçlanmıştır. Üretilen elektrotların karakterizasyonları XRD, FTIR, SEM ve TEM analizleri ile gerçekleşti-rilmiş ve elektrokimyasal performansları ise CV, GCD ve EIS ölçümleri ile gerçekleş-tirilmiştir.

Karakterizasyon sonuçlarına göre, elektrotların nano sünger benzeri bir yapıda sentez-lendiği ve g-C3N4 ile GNP'lerin varlığının doğrulandığı anlaşılmıştır. Elektrokimyasal ölçümlere göre, en yüksek performansın üçlü kombinasyon ile 2 mA/cm2 akım yoğun-luğunda 989 mF/cm² olarak elde edildiği gözlenmiştir. Grafen ve grafitik karbon nit-rür ilavesi ile spesifik kapasitans sırasıyla %87 ve %152 oranında artış sağlamıştır. Çevrim ömrü performansı ise 1500 döngüden sonra %73 olarak ölçülmüştür. Ayrıca enerji ve güç yoğunluğu performansları ise sırasıyla 27,8 mWh/cm² enerji ve 300 mW/cm² olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuçlara göre literatürdeki CuFe2O4 bazlı bu elektrotun literatürdeki benzerlerine göre spesifik kapasitans bakımından daha yüksek performans sergilediği ancak çevrim ömrü bakımından geliştirilmesi gerektiği sonucu-na varılmıştır.

ABSTRACT

Supercapacitors are widely used devices for energy storage nowadays. One of the most critical parameters affecting the performance of these devices is the anode ma-terial. Metal oxides are preferred as anode materials because they can store charge through redox mechanisms. However, the low conductivity of metal oxides is a sig-nificant disadvantage. To address this issue, reinforcing conductive components has been found to be a highly effective solution. In this study, it is aimed to enhance the conductivity of CuFe2O4 anode material, which was directly synthesized on a nickel foam surface using a hydrothermal method, by reinforcing it with graphitic carbon nitride (g-C3N4) and graphene nanoplatelets (GNPs) based on the information availa-ble in the literature. The characterization of the produced electrodes was conducted using XRD, FTIR, SEM and TEM analyses, and their electrochemical performance was evaluated through CV, GCD, and EIS measurements.

According to the characterization results, it was understood that the electrodes were synthesized in a nano sponge-like structure, and the presence of g-C3N4 and GNPs was confirmed. According to electrochemical measurements, the highest performance was observed with the triple combination, achieving a specific capacitance of 989 mF/cm² at a current density of 2 mA/cm². The addition of graphene and graphitic carbon nitride increased the specific capacitance by 87% and 152%, respectively. The cycle life performance was measured as 73% after 1500 cycles. Additionally, the energy and power density performances were determined to be 27.8 mWh/cm² and 300 mW/cm², respectively. Based on these results, it was concluded that this CuFe2O4-based electrode exhibits higher specific capacitance performance compared to similar electrodes in the literature but requires improvement in terms of cycle life.