Lityum titanatın elektrokimyasal biriktirme yöntemi ile sentezi ve lityum iyon pillerde anot malzemesi olarak kullanımı
Synthesis of lithium titanate by electrochemical deposition and its use as anode material in lithium-ion batteries
- Tez No: 1004798
- Danışmanlar: PROF. DR. KADİR PEKMEZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Kimya, Enerji, Chemical Engineering, Chemistry, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Lityum iyon (Li-iyon) pilleri için lityum titanat oksit (LTO) tipi malzemeler, daha yüksek güvenlik performansı ve uzun çevrim ömürleri nedeniyle yaygın olarak kullanılan grafit bazlı anot malzemelerine bir alternatif hâline gelmiştir. Literatürde, başlangıç maddesi olarak TiO₂ ve Li₂CO₃ kullanılarak sol-jel, sprey kurutma, sprey piroliz ve ultrasonik sprey piroliz gibi çeşitli çözelti ve katı faz yöntemleriyle yüksek sıcaklıklarda farklı Li/Ti oranlarına sahip Li₄Ti₅O₁₂, Li₂Ti₃O₇ ve Li₂Ti₃O₇/Li₂TiO₃ kompozitleri sentezlenmiş ve bu malzemelerin elektrokimyasal performansları araştırılmıştır. Bu çalışma ise, elektrokimyasal biriktirme yöntemi ile TiOSO₄ ve TiO(ClO₄)₂ öncü bileşikleri kullanılarak, LiClO₄ destek elektroliti içeren propilen karbonat (PC) çözücüsünde oda sıcaklığında doğrudan LTO anot malzemelerinin elektrot yüzeyine kaplanabileceğini göstermiştir. Çözelti içerisinde elektrokimyasal indirgenme sonucu oluşan kararsız TiO⁺ iyonunun, çözeltideki TiO²⁺ ile ve suyun indirgenmesiyle oluşan OH⁻ iyonlarıyla tepkimeye girerek oluşturduğu TiO(OH)₂ ve TiOOH türleri elektrot yüzeyinde birikmekte; bu yüzeyde biriken ara türler çözelti içerisindeki fazla miktardaki Li⁺ iyonlarıyla etkileşerek lityum titanat fazlarını oluşturmaktadır. Elektrokimyasal indirgenme 2.4 V ile 1.2 V arasında gerçekleştiğinden, elektrokimyasal biriktirme sırasında lityumun yapıya girmesi mümkün olmakta ve Li₄Ti₅O₁₂, Li₂Ti₃O₇ ve Li₂Ti₃O₇/Li₂TiO₃ kompozit fazlarının oluşumu sağlanmaktadır. Bu şekilde elde edilen elektrokimyasal yöntemle biriktirilmiş Lityum Titanat (ED-LTO), Dönüşümlü Voltametri, Kronopotansiyometri, EIS, XRD, XPS, Raman Spektroskopisi ve FESEM-EDX teknikleri ile detaylı olarak karakterize edilmiştir. Ayrıca ED-LTO/LiFePO₄ kullanılarak bir tam hücre oluşturulmuş ve performans testleri gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Lithium titanium oxide (LTO) type materials for lithium-ion (Li-ion) batteries have become an alternative to the typically used graphitic-based materials as anode materials due to their better safety performance and longer life cycles. In the literature, LTO structures such as Li4Ti5O12, Li2Ti3O7 and Li2Ti3O7/Li2TiO3 composites with different Li/Ti ratios have been synthesized by solution and solid phase methods such as sol-gel, spray drying, spray pyrolysis and, ultrasonic spray pyrolysis at elevated temperatures using TiO2, Li2CO3 as starting materials, and their electrochemical performances have been tested. This study demonstrated that electrochemical deposition can directly deposit LTO anode electrode materials using TiOSO4 and TiO(ClO4)2 precursor compounds in Propylene Carbonate (PC) solvent containing LiClO4 supporting electrolyte at room temperature. TiO(OH)2 and TiOOH, which are formed by the reactions of the unstable TiO+ ion formed by electrochemical reduction with TiO2+ in solution and adsorbed on the electrode surface and the OH- ion formed by the electroreduction of water, and TiO(OH)2 and TiOOH precipitated on the electrode surface, interact with the excessive amount of Li+ ions in solution to form Lithium titanate. Since electrochemical reduction occurs between 2.4 V and 1.2 V, lithium can be incorporated during electrodeposition, resulting in the formation of various lithium titanate phases (Li4Ti5O12, Li2Ti3O7 and Li2Ti3O7/Li2TiO3 composite). Electrodeposited Lithium Titanate (ED-LTO) obtained in this way has been characterized Cyclic Voltammetry, Chronopotentiometry, EIS, XRD, XPS, Raman Spectroscopy, and FESEM-EDX techniques. Additionally, a full cell was fabricated using ED-LTO/LiFePO4 and performance tests were conducted.
Benzer Tezler
- Lityum iyon piller için üç boyutlu grafen/karbon nanotüp/silisyum nanokompozit anotların geliştirilmesi
Development of three-dimensional graphene/carbon nanotube/silicon nanocomposite anodes for lithium-ion batteries
SELİN DEMİRCİ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Development of metal & metal oxides decorated graphene-based electrode materials for next generation Li-ion and Li-O2 batteries
Yeni nesil Li-iyon ve Li-O2 pilleri için metal ve metal oksit dekore edilmiş grafen esaslı elektrot malzemelerinin geliştirilmesi
ADNAN TAŞDEMİR
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiPROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALP YÜRÜM
- Tam elektrikli araçlarda pil yangınları ve etkin söndürme sistemlerinin incelenmesi
An investigation of battery fires in fully electric vehicles and effective suppression systems
ONUR MAMMACIOĞLU
Doktora
Türkçe
2025
Mühendislik BilimleriSakarya ÜniversitesiYangın ve Yangın Güvenliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN COŞKUN
- Kobalt ve nikel katkılı lityum titanat anot malzemelerinin sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of the electrochemical properties of cobalt and nickel-doped lithium titanate anode materials
CEYDA ÖZAKSOY DİZGE
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Çevre MühendisliğiTarsus ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. KASIM OCAKOĞLU
- Lityum titanat pillerin doluluk oranının kestirimi için elektro-termal tabanlı bir modelin geliştirilmesi
Development of an electro-thermal based model for estimate the state of charge of lithium titanate batteries
YUSUF MURATOĞLU
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMersin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALKAN ALKAYA