Molibden borür'ün sentezi, karakterizasyonu ve katı hâl esnek süperkapasitör uygulamasının incelenmesi

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji elde edilmesi ve bu enerjinin ihtiyaç duyulduğunda kullanılabilmesi açısından enerji depolama büyük önem taşımaktadır. Son yıllarda süperkapasitörler için çeşitli enerji depolama malzemeleri üzerine araştırmalar hızla artmıştır. Bir süperkapasitör elektrodundaki malzemenin değerlendirilmesi için; yüksek performanslı süperkapasitör cihazlarının tasarımı ve geliştirilmesi amacıyla, spesifik güç ve enerji yoğunluğu, elektriksel iletkenlik, yüzey özellikleri, dayanıklılık, yüzey alanı ve gözenek boyutu dağılımı açısından umut verici sonuçlar göstermesi gerekmektedir. Günümüzde, süperkapasitör elektrotlarının endüstriyel uygulamaları tatmin edici değildir. Bu tez çalışmasında basınçsız sinterleme metodu ile Molibden Alüminyum Borür (MAB) fazı sentezlenmiştir. Yüksek verimli MoB (MBene) sentezi için NaOH ve LiF-HCl aşındırma çözeltileri kullanılarak molibden alüminyum borür fazının kimyasal eksfoliasyonu sunulmaktadır. Aşındırma çözeltileri, suda katmanlar arası Al'yi seçici olarak molibden alüminyum borürden çıkararak 2D MoB nanoyapıları oluşturmaktadır. Bu nedenle, daha iyi nanoyapı verimi elde etmek için farklı Al afinitelerine sahip aşındırma çözeltilerinin seçimi araştırılmıştır. MAB'ın farklı aşındırma çözeltileri ile kimyasal eksfoliasyonunun bir sonucu olarak elde edilen MBene numuneleri olan 25HT/MoAl1–xB ve 10/MoAl1–xB'nin XRD analizinde ortaya çıkan karakteristik zirvelere göre tetragonal ortorombik MoB oluştuğu, 25/MoAl1–xB ve LiF-HCl/MoAl1–xB 'de ortaya çıkan karakteristik zirvelere göre tetragonal ortorombik MoB oluştuğu görülmüştür. Farklı aşındırma çözeltileri uygulanması ile iki farklı MBene (MoB) yapıların ortaya çıkması sonucunda dikkat çekici bir bulgu elde edilmiştir. 10/MoAl1-xB'nin interdigit elektrotlu süperkapasitör uygulaması gerçekleştirilmiştir. Üretimi gerçekleştirilen MoB nanotabakaları; SEM, BET, XRD ve EDS analiz teknikleri uygulanarak karakterize edilmiştir. MoB elektrotlarının süperkapasitör performansları hakkında bilgi edinilmesi ve enerji depolama alanında kullanabilirliğini incelemek amacıyla numunelere CV, GCD ve EIS analiz teknikleri uygulanmıştır.Energy storage is of great importance for obtaining energy from renewable energy sources and using this energy when needed. In recent years, research on various energy storage materials for supercapacitors has rapidly increased. For the evaluation of the material on a supercapacitor electrode; it is necessary to show promising results in terms of specific power and energy density, electrical conductivity, surface properties, durability, surface area and pore size distribution for the design and development of high-performance supercapacitor devices. Today, the industrial applications of supercapacitor electrodes are not satisfactory. This thesis focuses on the synthesis of the molybdenum aluminum boride (MAB) phase using a pressureless sintering method. Chemical exfoliation of the molybdenum aluminum boride phase is presented for the synthesis of highly efficient MoB (MBene) using NaOH and LiF-HCl etching solutions. The etching solutions create 2D MoB nanostructures by selectively removing interlayer Al from molybdenum aluminum boride in water. Therefore, the selection of etching agents with different Al affinities has been investigated to obtain better nanostructure yield. According to the characteristic peaks revealed by XRD analysis of 25HT/MoAl1–xB and 10/MoAl1–xB, which are MBene samples obtained as a result of chemical exfoliation of MAB with different etching solutions, orthorhombic MoB was formed according to the characteristic peaks revealed in 25/MoAl1–xB and LiF-HCl/MoAl1–xB, tetragonal MoB was formed. A remarkable finding was obtained as a result of the emergence of two different MBene (MoB) structures by applying different etching solutions. The supercapacitor application of 10/MoAl1-xB with interdigit electrodes was realized. The produced MoB nanosheets were characterized by applying SEM, BET, XRD and EDS analysis techniques. CV, GCD and EIS analysis techniques were applied to the samples in order to obtain information about the supercapacitor performance of MoB electrodes and to investigate their usability in energy storage.