Grafenin Poli(3,4-etilendioksitiyofen), Polipirol ve Poli(tiyofen) ile Nanokompozitlerinin Sentezi, Karakterizasyonları ve Süperkapasitör uygulamaları

Abstract

Son yıllarda iletken polimerler konusundaki gelişmeler çok hızlı olarak artmaktadır. İletken polimerler, elektronik ve optik özelliklerinin yüksek olması, esneklik kabiliyetleri, kolay işlenebilme, ucuz maliyetleri, aşınmaya karşı gösterdikleri direnç, çevreye karşı dayanıklı olmaları ve uygun sentez edilebilmelerinden dolayı yalıtkan polimerlere göre büyük üstünlükler sağlamışlardır. Bu amaçla hedeflenen 3 farklı monomerin 3,4-Etilendioksitiyofen (EDOT), pirol (Py) ve Tiyofen (Th) Ag nanopartikül katkılı olarak indirgenmemiş grafen oksit ile nanokompozitleri gerçekleştirilmiştir. Nanokompozit film karakterizasyonları döngülü voltametri (DV), Fourier-transform infrared reflektans spektroskopisi (FTIR-ATR), Taramalı elektron mikroskobu-Enerji dağılımlı X-ışınları analizi (SEM-EDX), Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EES) gibi yöntemlerle gerçekleştirildi. 2 elektrot sistemli süperkapasitör cihazlar farklı başlangıç monomer konsantrasyon oranlarında pelet filmler yapılarak aktif malzeme olarak kullanıldı. Elektrokimyasal ölçümler, DV, sabit akımda yükleme/boşalma eğrileri ve EES ölçümleri olarak gerçekleştirildi. Stabilite ve uygun devre analizleri yapılarak kapasitif, enerji ve güç yoğunluğu sonuçları karşılaştırmalı olarak araştırıldı. Sonuç olarak, bu projede 3 farklı monomerin sistematik olarak Ag nanopartikül katkılı grafen üzerindeki süperkapasitör performansları ve empedans sonuçları karşılaştırılarak, devre modelleme ile optimum şartlarda yük depolama boşaltma kapasiteleri detaylı olarak incelenmiştir.

Recently, new advances in conducting polymers have rapidly been increased. Conducting polymers have many advantages than insulating polymers due to their highly electronic, optic, and flexible properties, easy machinability, cheap cost, resistance to corrosion, stability, and synthesized by convenient methods. The aim in this project has been used 3 different monomers, 3, 4-ethylenedioxythiophene (EDOT), pyrrole (Py), and Thiophene (Th), reinforced by Ag nanoparticle and reduced graphene oxide (rGO) as a ternary nanocomposite. Nanocomposite film characterizations have been obtained by cyclic voltammetry (CV), Fourier-Transform Infrared Attenuated-Reflection spectroscopy (FTIR-ATR), scanning electron microscopy-Energy dispersive X-ray analysis (SEMEDX) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). 2 electrode system supercapacitor devices were made in different initial monomer concentration ratios of electrode active materials. These films were prepared as a pellet. Electrochemical measurements were taken by CV, constant current charge/discharge and EIS plots. Stability, energy and power density results were comparatively studied and investigated with a convenient electrical circuit model analysis. As a result, 3 different monomers as a systematically reinforced by Ag nanoparticle with reduced graphene oxide were synthesized as an electrode active material for supercapacitor performances. Impedance results, circuit model analysis were comparatively investigated and obtained the optimum conditions for charge/discharge capacitances.