Karbon Elyaf İçin İletken Polimerlerle Elektrokaplama Geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT) monomeri boyutlandırıcı madde bulanan ortamda karbon fiber mikro elektrodu üzerine elektropolimerizasyonu gerçekleştirilmiş ve karakterizasyonu incelenmiştir. Ayrıca poli(3,4-etilendioksitiyofen-ko-p-tolilsülfonil pirol) elektropolimerizasyon yöntemi ile sentezlenmiştir. Elektrokimyasal polimerizasyon yöntemi ile kaplanan karbon fiberler kaplanmamış karbon fiberlerle karşılaştırılmıştır. 3,4-etilendioksitiyofen monomeri boyutlandırıcı madde varlığında ve yokluğunda 0.1 M NaClO4/ACN elektrolitik çözeltisi içinde elektrokimyasal polimerizasyonu gerçekleştirilmiştir. 3,4-etilendioksitiyofen ile p-tolil sülfonil pirolün kopolimeri farklı elektrolitik çözeltilerde elde edilmiştir. Elektropolimerizasyon işleminde tarama hızı ve devir sayısı parametreleri sabit tutulurken, substrat olarak iletken ve hafif bir malzeme olan karbon fiber mikro elektrot tercih edilmiştir. Karbon fiber bir çeşit grafit formu olarak tanımlanırken, grafit ise saf karbon olarak adlandırılabilir. Grafit yapısında karbon atomları düzlemsel yapı üzerinde bulunan hekzagonal halkalar şeklindedir. Porlu bir yapıya sahip olan karbon, geniş yüzey alanı sağlama ve iyi polarize olması açısından süper kapasitör uygulamalarında tercih edilen bir malzemedir. Bunun yanında, birçok durumda metal elektrotlara nazaran daha iyi sonuçlar verdikleri saptanmıştır. Elde edilen polimer ve kopolimer filmlerin incelenmesinde öncelikle elektrokimyasal yöntemler kullanılmıştır. Bu yöntemlerden biri döngülü voltametridir. Bu yöntemde amaç karbon fiber mikro elektrot üzerine kaplanmış polimer filmin çözelti ortamındaki redoks davranışını ve elektrokimyasal yöntem ile kaplanmamış karbon fibere göre değişen özelliklerini incelemektir. Son olarak polimer filmlerin morfolojisinin incelenmesin de Taramalı Elektron Mikroskobu ve Atomik Kuvvet Mikroskobundan faydalanılmıştır. Yüzey yapılarının incelenmesi ile hem elektropolimerizasyon ortamının elektrot yüzeyinde oluşan polimer film üzerinde görsel olarak farklılıları ortaya konmakta hem de gözenekliliğin incelenmesi ile elektroaktif yüzey alanının genişlemesi ve buna bağlı olarak elektrodun kapasitans değerlerinin artışı arasında bağlantı kurulmaktadır

In this study, 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) monomer in the presence of sizing agent on the carbon fiber micro-electrodes carried electropolymerization was investigated. Also poly (3,4-ethylenedioxythiophene-co-p-tolylsulfonyl pyrrole) was synthesized by electropolymerization techniques. Carbon fibers coated with the electrochemical polymerization process compared with the uncoated fibers. Electropolymerization of edot was carried out the presence and absence of sizing agent in 0.1 M NaClO4/ACN electrolytic solution. 3,4-ethylenedioxythiophene and p-tolylsulfonyl pyrrole copolymer was obtained in different electrolytic solutions. Electropolymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene was realized in 0.1 M tetrabuthylammoniumhexafluorophosphate solution. During the polymerization cycle number and scan rate parameters were fixed, only the potential range was changed according to type of monomer. Carbon fiber micro electrode which is lightewight and conductive was prefered as substrate because the weight decrease in batteries play an inportant role in increasing the specific energy. Carbon fiber is made from graphite which is a form of pure carbon. In graphite, the carbon atoms are arranged into big sheets of aromatic ring and porous carbon is the most frequently selected electrode material which offers a large surface area. Due to porosity, carbon is one of the most promising electrode material for supercapacitor application. Carbon fiber micro electrodes shows superior performance in electrochemical studies due to their micron size and cylindrical structure. Its disposable character having a new surface area at each time rather than Pt or ITO electrodes. For many cases carbon fiber electrodes reveals better reversibilities than the other electrodes. Beside the electrochemical methods, spectrocopic and microscopic methods was also used for the charactherization. Infrared Spectroscopy was used as the spectroscopic method. Using this method the polymer film formation was supported with the theoretical information. Finally, the morphology of the deposited polymer film was investigated by using Scanning Electron Microscopy. The porosity of deposited polymer films can provide information about the relation of the electroactive surface area and the electrode capacitance increase.