Enerji uygulamaları için viyolojen bazlı poroz iyonik membranlar

Bu çalışma, enerji depolama ve enerji tasarrufu uygulamaları için viyolojen bazlı poroz organik polimer (VPOP) yapıların sentezini, yapısal ve elektrokimyasal karakterizasyonunu kapsamaktadır. VPOP malzemesi, 4,4'-bipiridil ve 1,3,5- tris(bromometil)benzenin jel ortamında gerçekleştirilmiş in-situ polimerizasyonu yoluyla elde edilmiş ve bu yapı, farklı polimer matrisleriyle birlikte hem klasik hem de doğrudan in- situ yöntemlerle elektrot yüzeylerine uygulanmıştır. Sentezlenen membranlar, özellikle grafit yüzeyler üzerine kaplanarak simetrik hücre yapısında süperkapasitör elektrotu olarak test edilmiştir. Yapılan karakterizasyon çalışmaları kapsamında FT-IR spektroskopisi ile yapısal doğrulama sağlanmış; SEM ve AFM analizleri ile elde edilen membranların homojen, gözenekli ve düzgün morfolojisi ortaya konmuştur. Elektrokimyasal performans değerlendirmeleri CV, GCD ve EIS teknikleri kullanılarak yapılmıştır. VPOP içeren elektrotların 1 A g⁻¹ akım yoğunluğunda elde ettiği özgül kapasitans değeri 171 F g⁻¹ olup, bu değer katkısız yapıya göre anlamlı düzeyde artış göstermektedir. Ayrıca, in-situ yöntemle sentezlenen yapıların daha düşük iç direnç ve daha kararlı döngüsel performans sergilediği belirlenmiştir. 100 mV s⁻¹ tarama hızında kapasitansın korunması ve 500 döngü sonunda %90 üzerinde stabilite elde edilmesi, materyalin uzun ömürlü enerji cihazlarında kullanılabilirliğini desteklemektedir. Sonuçlar, viyolojen bazlı poroz organik polimerlerin yüksek yüzey alanı, iyon taşınımı kolaylığı, kimyasal kararlılığı ve redoks aktifliği gibi özellikleri sayesinde yüksek performanslı süperkapasitör elektrotları için umut vadeden bir malzeme sınıfı olduğunu göstermektedir. Ayrıca, geliştirilen yapıların optik duyarlılığı sayesinde fotokromik kaplama sistemlerinde veya çok işlevli enerji sistemlerinde de değerlendirilebileceği düşünülmektedir.

This study presents the synthesis, structural characterization, and electrochemical performance analysis of viologen-based porous organic polymers (VPOP) for energy storage and conservation applications. The VPOP material was synthesized via an in-situ gel polymerization of 4,4'-bipyridyl and 1,3,5-tris(bromomethyl)benzene, and the resulting structure was applied onto electrode surfaces using both conventional casting and direct in- situ methods. The polymeric membranes, prepared with various binder matrices, were integrated into symmetric supercapacitor cell configurations using graphite substrates as current collectors. FT-IR spectroscopy confirmed the successful formation of the viologen-based polymer network, while SEM and AFM analyses revealed a uniform, porous, and interconnected morphology. Electrochemical characterizations via cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) demonstrated that the VPOP-based electrodes achieved a specific capacitance of 171 F g⁻¹ at a current density of 1 A g⁻¹ - significantly higher than unmodified samples. The in-situ synthesized VPOP electrodes exhibited lower internal resistance, enhanced ion transport, and improved cycle stability, retaining over 90% of their capacitance after 500 cycles. At a scan rate of 100 mV s⁻¹, the electrodes maintained a notable level of capacitance, indicating robust rate capability. The results highlight that viologen-functionalized porous organic polymers offer high surface area, excellent redox activity, and chemical stability, making them promising candidates for next-generation high-performance supercapacitor electrodes. Moreover, their electrochromic responsiveness suggests further potential in multifunctional applications such as smart coating systems or hybrid energy storage platforms.