Farklı asitlere katkılanmış polianilinin sentezi sentezi, karakterizasyonu ve süperkapasitör uygulaması

Abstract

Fosil yakıt kaynaklarının hızla tükenmesi ile birlikte günümüzde sürdürülebilir, çevre dostu enerji sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kaynakların etkili bir biçimde kullanılabilmesi için üretilen enerjinin minimum kayıpla ve maksimum nitelikle depolanması gerekmektedir. Bu durum ise enerji depolama sistemlerine olan ihtiyacı zaruri kılmaktadır. Tipik bir enerji depolama sürecinde, bir tür enerji depolanır ve gerektiğinde kullanılmak üzere başka bir enerji çeşidine dönüştürülür. Bu nedenle, farklı enerji kaynaklarının doğru kullanımına yönelik çeşitli enerji depolama sistemleri geliştirilmektedir. Enerji depolama sistemlerinden biri olan süperkapasitörler, mükemmel çevrim ömrü, yüksek güç yoğunluğu ve hızlı şarj-deşarj süreci gibi umut verici özelliklerinden dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır. Süperkapasitörlerin performansı; malzeme tasarım stratejilerinin, sentez tekniklerinin, karakterizasyon metodolojilerinin ve farklı elektrot/elektrolit malzemelerinin geliştirilmesiyle hızla ilerlemektedir. Süperkapasitörler temel olarak elektrikli çift katmanlı kapasitörler (EDLC'ler) ve psödokapasitörler olarak sınıflandırılabilir. Çift katmanlı süperkapasitörler elektriği elektrostatik olarak depolar, başka bir deyişle, süreç temel olarak elektrolit ve elektrotlar arasındaki arayüzlerde iyon adsorpsiyonundan kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, psödokapasitans, hızlı geri dönüşümlü faradayik elektrokimyasal reaksiyonlara dayanır. Çift katmanlı süperkapasitör mekanizmasında karbon nanotüpler (CNT'ler), grafen ve aktif karbon gibi çeşitli karbon bazlı malzemeler elektrot malzemeleri olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Karbonlu malzemeler süperkapasitör uygulamalarında yaygın olarak kullanılmasına rağmen, kapasitans değerleri psödokapasitans sergileyen iletken polimerlere kıyasla nispeten düşüktür. Polianilin (PANI), polipirol (PPY) ve poli (3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT) gibi psödokapasitif malzemeler, zahmetsiz işlenmesi, kolay sentezlenmesi, hafifliği ve düşük maliyeti sayesinde son yıllarda büyük ilgi görmektedir. Bu polimerler arasında PANI çevre dostu olması, yüksek iletkenliği, kimyasal kararlılığı ve çok çeşitli uygulamalarıyla büyük ilgi görmüştür. PANI bazlı elektrot malzemesinin yükleme/boşaltma işlemi, polimer ve elektrolit arasındaki iyon değişiminin eşlik ettiği tipik bir doping/de-doping işlemidir. Sentez esnasında farklı kimyasal yapılara sahip katkı maddelerinin kullanılmasının yüzey morfolojisi, çözünürlük, kristalinite derecesi, moleküler ağırlık ve iletkenlik gibi çeşitli özellikleri değiştirdiği bilinmektedir. Bu çalışmada, süperkapasitörlerde elektrot malzemesi olarak kullanılmak üzere PANI bazlı iletken polimerler, farklı asit katkı maddeleri (HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4, HClO4) kullanılarak kimyasal oksidatif polimerizasyon yoluyla sentezlenmiş ve asit katkısının polimerin elektrokimyasal özelliklerine katkısı incelenmiştir.