Elektrokimyasal Kararlılığı Artırılmış Metal Nanotellerle Esnek Süperkapasitörlerin Geliştirilmesi

Giyilebilir cihazlar için esnek ve şeffaf enerji depolama sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Metal nanotel ağları şeffaf ve esnek elektronik cihazların üretiminde en önemli adaylardan biridir. Ancak, metal nanotellerin elektrokimyasal kararsızlığı süperkapasitör gibi elektrokimyasal enerji depolama cihazlarında kullanılmasına engel olmaktadır. Yürütülen projenin amacı elektrokimyasal kararlılığı artırılmış metal nanotellerle esnek süperkapasitörlerin geliştirilmesidir. Projede çok ince bir metal kabuk tabakası bakır (Cu) ve gümüş (Ag) nanotellerin üzerine kaplanarak elektrokimyasal kararlılığı artırılmış çekirdek/kabuk yapıdaki nanoteller elde edilmiştir. Sonrasında sözkonusu elektrotlar ile süperkapasitör cihazları üretilmiştir. Ag nanotellerin elektrokimyasal çalışmalarda ve özellikle süperkapasitörlerde elektrot olarak kullanılması üzerine literatürde çalışmalar bulunmaktadır. Ancak bu çalışmaların birçoğunda nanoteller tersinir olmayan şekilde oksitlenmesinin önlenmesi için çalışma voltaj penceresi sınırlandırılmaktadır. Yürütülen projedeki en büyük motivasyon, çözelti esaslı yöntemlerle konformal bir şekilde ve çok ince, oksitlenme potansiyeli yüksek bir metal tabakasının Ag ve Cu nanotellere kaplanarak oluşturulan çekirdek/kabuk yapısının süperkapasitör elektrodunda çalışma voltaj penceresini genişletecek olmasıdır. Voltaj penceresinin genişlemesi süperkapasitörlerde hem enerji ve hem de güç yoğunluğunun artırılmasında son derece önemli ve kritiktir. Projede üretilen elektrokimyasal kararlılığı artırılmış metal nanotellerin üzerine sonrasında yük depolanmasında kullanılacak psödokapasitif organik ve inorganik katmanlar kaplanmış ve nanokompozit yapıda simetrik süperkapasitör cihazları üretilmiş ve özellikleri incelenmiştir. Projede, üretilen nanokompozit yapının, süperkapasitör verimini nasıl etkilediği sorusuna cevap bulunmaya çalışılmıştır. Üretilen nanokompozitlerde geleneksel süperkapasitör elektrodu üretim harcındaki iletkenlik artırıcı eklentiler (örn. karbon siyahı) ve yalıtkan bağlayıcılar (örn. Teflon) kullanılmamıştır. Üç boyutlu çekirdek/kabuk yapısı redoks reaksiyonları sırasında hızlı ve etkili iyon transferine olanak sağlamıştır. Ayrıca üretilen süperkapasitörler metal nanotel ağları sayesinde özellikle esnek olmuşlardır. Projenin özgün değeri optimum süperkapasitör performansı için metal nanotellerin elektrokimyasal kararlılığını artıracak kaplama türünün ve parametrelerinin sistematik olarak incelenmesidir. İkili işbirliği çerçevesinde Seoul Ulusal Üniversitesi (SNU), Makina Mühendisliği Bölümünden Prof. Seung Hwan Ko ile çalışılmıştır. Projede süperkapasitör üretiminde uygulanan yöntem ana hatları ile şöyledir. Öncelikle, çözelti esaslı yöntemlerle Ag ve Cu nanoteller üretilmiştir. Saflaştırma sonrası üretilen nanotellerin üzerine oksitlenme potansiyeli yüksek bir metal tabakası (örn. altın, platin vb.) kabuk şeklinde, birkaç nanometre kalınlığında kaplanmıştır. Esnek altlıklara kaplanan çekirdek-kabuk yapısındaki nanotellerin üzerine yine çözelti esaslı kaplanan nikel hidroksit (Ni(OH2)) gibi inorganik ve polipirol (PPy) ve polianilin (PANI) gibi organik tabakalar ile nanokompozit elektrotlar üretilmiştir. Nanotel türü, kabuk metali türü ve kalınlığı, nanotel yoğunluğu ve psödokapasitif malzeme özelliklerinin üretilen simetrik süperkapasitörlerin elektrokimyasal enerji depolama kapasitesine etkileri belirlenmeye çalışılmıştır