Gelişmekte olan ülkelerin ekonomisinde önemli bir paya sahibi olan enerji, devletlerin her zaman öncelikli bir arayışı haline gelmiştir. Bu arayışlar içerisinde enerjinin, temiz ve sürdürülebilir olmasının yanı sıra enerjinin depolanarak dağıtılması da son derece önemlidir. Ayrıca, son yıllarda teknolojik gelişmelere paralel mobil cihazlarının kullanımının artması da enerji depolama sistemlerine olan ihtiyacı ortaya koymaktadır. Enerjinin depolanmasında bugüne kadar yakıt hücreleri, piller ve lityum iyon pilleri gibi çeşitli elektrokimyasal enerji depolama aygıtları kullanılmıştır. Bu aygıtların temel amacı tepkimenin sahip olduğu kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirmektir. Günümüzdeki ticarileştirilmiş enerji depolama sistemlerinin depolama kapasitesi, üretim maliyeti ve toksik olmayan madde içerikleri hâlâ arzu edinilen seviyede değildir. Bunların yanı sıra aygıtların şarj/deşarj süreleri, kullanım ömürleri ve enerji yoğunlukları vs. gibi parametrelerin geliştirilmesi de araştırmacıların üzerinde durduğu konular olarak yer almaktadır.

Şimdiye kadar kullanılan çeşitli enerji depolama aygıtlarına ait spesifik güç-enerji yoğunluk dağılımı ragone grafiği ile gösterilmektedir (Şekil 1). Bu grafiğe bakıldığında süperkapasitörler, güç yoğunluğu olarak ticari kapasitörler ile piller arasındaki boşluğu doldurmaktadır. Süperkapasitörler, bilinen kapasitörlerin daha geliştirilmiş halidir ve enerji depolama sistemleri arasında gelecek vadeden bir konuma sahiptir. Sahip oldukları hızlı şarj/deşarj sürelerinden dolayı oldukça avantajlı konumdadır. Ayrıca uzun raf ve çevrim ömürleri geleneksel olarak kullanılan pillere kıyasla uzundur.

Bir süperkapasitör cihazının yapısı; iki elektrot (anot ve katot), bir membran (ayırıcı) ve bir elektrolitten oluşmaktadır (Şekil 2). Süperkapasitörler, çalışma mekanizmalarına göre iki ana gruba ayrılır. Bunlardan ilki elektrot/elektrolit arasında yük birikimi ve difüzyonu yoluyla elektrik yükünün depolanması olan elektriksel çift tabaka kapasitörleridir. Bir diğeri ise elektrot yüzeyi üzerinde gerçekleşen hızlı ve tersinir faraday redoks reaksiyonları yoluyla yönetilen psödokapasitörlerdir. Yüksek verimlilik ve kapasitans değerinde bir süperkapasitör üretmek için cihazda kullanılacak olan elektrot malzemesinin özelliklerinin iyi bilinmesi önem arzeder. Özellikle bu malzemelerin sahip olacakları yüksek yüzey alanı, gözenek büyüklüğü ve devre içerisindeki hızlı elektron/iyon alış-verişleri süperkapasitörlerin enerji depolanmasında kilit rol oynamaktadır. Dolayısıyla yüksek performans ve düşük maliyetli bir süperkapasitör cihazı için kullanılacak olan elektrot malzemesinin yüksek iletkenliğe, yüksek yüzey alanına, iyi korozyon direncine, geniş sıcaklık aralıklarında çalışma durumuna, kontrollü gözenek yapısına ve kolay işlenebilir özelliğine sahip olması gerekmektedir.

Kaynaklar

 [1] Vandeginste, Veerle. "A Review of Fabrication Technologies for Carbon Electrode-Based Micro-Supercapacitors." Applied Sciences 12.2 (2022): 862.

[2] Choudhary, N., Li, C., Moore, J., Nagaiah, N., Zhai, L., Jung, Y., & Thomas, J. (2017). Asymmetric supercapacitor electrodes and devices. Advanced Materials, 29(21), 1605336.