Evaluation of electrode materials derived from walnut biomass and their performance in sodium-Ion electrolyte systems for sustainable energy storage
Φόρτωση...
Ημερομηνία
2026-06-07
Συγγραφείς
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), ΔΠΜΣ Νανοτεχνολογία για Ενεργειακές Εφαρμογές
Επιβλέπων
Περίληψη
The growing demand for sustainable energy-storage technologies has intensified research efforts toward environmentally benign electrode materials and low-cost electrochemical systems. Among emerging solutions, biomass-derived carbons have attracted increasing attention due to their renewability, scalability, and reduced environmental footprint. In this context, the present thesis investigates walnut-shell-derived biochar as a sustainable carbon electrode material for aqueous sodium-based supercapacitor systems, with particular emphasis on the role of electrolyte chemistry in governing electrochemical performance.
Walnut shells were converted into carbon electrodes through a simple activation-free pyrolysis process at 800 °C, followed by pellet fabrication using a PTFE binder. The electrochemical behavior of the produced biochar was systematically evaluated using both three-electrode and symmetric two-electrode configurations in four aqueous sodium electrolytes (Na₂SO₄, NaNO₃, NaCl, and NaOH). Cyclic voltammetry and galvanostatic charge–discharge techniques were employed to investigate charge-storage mechanisms, ion transport kinetics, and device-level performance.
Η αυξανόμενη ζήτηση για βιώσιμες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας έχει εντείνει τις ερευνητικές προσπάθειες προς την κατεύθυνση περιβαλλοντικά φιλικών υλικών ηλεκτροδίων και χαμηλού κόστους ηλεκτροχημικών συστημάτων. Μεταξύ των αναδυόμενων λύσεων, οι άνθρακες προερχόμενοι από βιομάζα έχουν προσελκύσει αυξανόμενο ενδιαφέρον λόγω της ανανεωσιμότητας, της δυνατότητας κλιμάκωσης και του μειωμένου περιβαλλοντικού τους αποτυπώματος. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά το βιοάνθρακα που προέρχεται από κελύφη καρυδιού ως ένα βιώσιμο ανθρακικό υλικό ηλεκτροδίου για υδατικά υπερπυκνωτικά συστήματα με βάση το νάτριο, με ιδιαίτερη έμφαση στον ρόλο της χημείας του ηλεκτρολύτη στη διαμόρφωση της ηλεκτροχημικής απόδοσης. Τα κελύφη καρυδιού μετατράπηκαν σε ανθρακικά ηλεκτρόδια μέσω μιας απλής διαδικασίας πυρόλυσης χωρίς ενεργοποίηση στους 800 °C, ακολουθούμενης από κατασκευή πελλετών με χρήση συνδετικού PTFE. Η ηλεκτροχημική συμπεριφορά του παραγόμενου βιοάνθρακα αξιολογήθηκε συστηματικά τόσο σε διατάξεις τριών ηλεκτροδίων όσο και σε συμμετρικές διατάξεις δύο ηλεκτροδίων, σε τέσσερις υδατικούς ηλεκτρολύτες νατρίου (Na₂SO₄, NaNO₃, NaCl και NaOH). Για τη διερεύνηση των μηχανισμών αποθήκευσης φορτίου, της κινητικής μεταφοράς ιόντων και της απόδοσης σε επίπεδο διάταξης χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές κυκλικής βολταμμετρίας και γαλβανοστατικής φόρτισης–εκφόρτισης.
Η αυξανόμενη ζήτηση για βιώσιμες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας έχει εντείνει τις ερευνητικές προσπάθειες προς την κατεύθυνση περιβαλλοντικά φιλικών υλικών ηλεκτροδίων και χαμηλού κόστους ηλεκτροχημικών συστημάτων. Μεταξύ των αναδυόμενων λύσεων, οι άνθρακες προερχόμενοι από βιομάζα έχουν προσελκύσει αυξανόμενο ενδιαφέρον λόγω της ανανεωσιμότητας, της δυνατότητας κλιμάκωσης και του μειωμένου περιβαλλοντικού τους αποτυπώματος. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά το βιοάνθρακα που προέρχεται από κελύφη καρυδιού ως ένα βιώσιμο ανθρακικό υλικό ηλεκτροδίου για υδατικά υπερπυκνωτικά συστήματα με βάση το νάτριο, με ιδιαίτερη έμφαση στον ρόλο της χημείας του ηλεκτρολύτη στη διαμόρφωση της ηλεκτροχημικής απόδοσης. Τα κελύφη καρυδιού μετατράπηκαν σε ανθρακικά ηλεκτρόδια μέσω μιας απλής διαδικασίας πυρόλυσης χωρίς ενεργοποίηση στους 800 °C, ακολουθούμενης από κατασκευή πελλετών με χρήση συνδετικού PTFE. Η ηλεκτροχημική συμπεριφορά του παραγόμενου βιοάνθρακα αξιολογήθηκε συστηματικά τόσο σε διατάξεις τριών ηλεκτροδίων όσο και σε συμμετρικές διατάξεις δύο ηλεκτροδίων, σε τέσσερις υδατικούς ηλεκτρολύτες νατρίου (Na₂SO₄, NaNO₃, NaCl και NaOH). Για τη διερεύνηση των μηχανισμών αποθήκευσης φορτίου, της κινητικής μεταφοράς ιόντων και της απόδοσης σε επίπεδο διάταξης χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές κυκλικής βολταμμετρίας και γαλβανοστατικής φόρτισης–εκφόρτισης.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Biomass-derived carbon, Walnut-shell biochar, Supercapacitor, Aqueous sodium electrolytes, Energy storage, Sustainability, Άνθρακας προερχόμενος από βιομάζα, Βιοάνθρακας από κέλυφος καρυδιού, Υπερπυκνωτής, Υδατικοί ηλεκτρολύτες νατρίου, Αποθήκευση ενέργειας, Βιωσιμότητα