Lityum iyon piller için yeni nesil elektrot malzemelerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of new generation electrode materials for lithium-ion batteries
- Tez No: 1004898
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZLEM DUYAR COŞKUN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Enerji, Physics and Physics Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, lityum iyon bataryalarında katot malzemesi olarak kullanılan LiMnO2'nin elektrokimyasal performansının artırılması hedeflenmiştir. Malzemenin elektrokimyasal özellikleri üzerindeki en kritik parametreler olan sentez koşulları, lityum stokiyometrisi ve bağlayıcı polimerin etkisi detaylı bir şekilde araştırılmıştır. İlk olarak, sentez sıcaklığı ve süresinin LiMnO2'nin yapısal özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yapılan analizler, belirli bir sıcaklık ve süre kombinasyonunun malzemenin kristal yapısını optimize ederek elektrokimyasal aktivite için gerekli olan ideal morfolojiyi sağladığını göstermiştir. Bu optimizasyonun, iyonların malzeme içerisine girişini ve çıkışını kolaylaştırdığı, dolayısıyla kapasite ve çevrim kararlılığını artırdığı gözlemlenmiştir. Bu kapsamda saf ortorombik LiMnO2 başarı ile sentezlenmiştir. Daha sonra, sentez sırasında kullanılan lityum miktarının elektrokimyasal özelliklere etkisi araştırılmıştır. Referans olarak belirlenen optimum lityum miktarına sahip örneğin, aşırı lityum içeren örneklere kıyasla daha üstün performans sergilediği tespit edilmiştir. Bu bulgu, malzemenin ideal stokiyometrisinin elektrokimyasal süreçler boyunca lityum iyonlarının etkin bir şekilde interkalasyon ve deinterkalasyon için kritik bir öneme sahip olduğunu ortaya koymuştur. Son olarak, katot elektrotun hazırlanmasında kullanılan bağlayıcı polimerlerin (polivinil alkol (PVA), polimetil metakrilat (PMMA) ve bunların karışımları) rolü incelenmiştir. Karışım bağlayıcı sistemleri arasında, % 60 PMMA ve % 40 PVA içeren karışımın, diğer tüm bağlayıcılara kıyasla en iyi elektrokimyasal performansı sunduğu belirlenmiştir. Bu özel karışımın, elektrotun mekanik bütünlüğünü koruyarak ve elektrolit ile uyum sağlayarak, çevrim süresi boyunca sahip olduğu kapasiteyi muhafaza ettiği gösterilmiştir. Tez kapsamında elde edilen sonuçlar, LiMnO2 bazlı katot malzemelerinin performansını maksimize etmek için sentez koşullarının, lityum stokiyometrisinin ve bağlayıcı seçiminin hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerektiğini vurgulamaktadır. Bu bulgular, lityum iyon bataryalarının gelişimine önemli katkılar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis aims to enhance the electrochemical performance of LiMnO2 as a cathode material for lithium ion batteries. The most critical parameters influencing the material's performance, namely synthesis conditions, lithium stoichiometry, and the effect of the binder polymer, were investigated in detail. First, the influence of synthesis temperature and time on the structural properties of LiMnO2 was examined. The analyses revealed that specific combinations of temperature and time optimized the material's crystal structure, leading to the ideal morphology required for electrochemical activity. This optimization was observed to facilitate the intercalation and deintercalation of ions into and out of the material, thereby improving capacity and cycle stability during thr electrochemical processes. Within this scope, pure orthorhombic LiMnO2 was successfully synthesized. Then, the effect of the amount of lithium used during synthesis on the electrochemical properties was investigated. The sample with the determined optimum lithium content, choosen as the reference, was found to exhibit superior performance compared to samples with excess lithium. This finding highlights the critical importance of the material's ideal stoichiometry for the effective intercalation and deintercalation of lithium ions. Finally, the role of binder polymers (polyvinyl alcohol (PVA), Poly(methyl methacrylate) (PMMA), and their mixtures used in the preparation of the cathode electrode was studied. Among the binder systems, the mixture containing 60 % PMMA and 40 % PVA was determined to provide the best electrochemical performance compared to all other binders. This specific blend was shown to preserve high capacity over cycle life by maintaining the electrode's mechanical integrity and compatibility with the electrolyte. The results obtained from this thesis emphasize that the performance of LiMnO2-based cathode materials can be maximized through the precise control of synthesis conditions, lithium stoichiometry, and binder selection. These findings offer significant contributions to the development of advanced lithium-ion batteries.
Benzer Tezler
- Syntheses, characterizations, and device fabrications of organic molecules for energy storage devices
Enerji depolama cihazlarında kullanılmak üzere organik moleküllerin sentezi, karakterizasyonu ve cihaz uygulamaları
SEBAHAT TOPAL
- Synthesis of next-generation silicon/graphite anode materials via molten salt-assisted magnesiothermic reduction for lithium-ion batteries
Lityum iyon piller için erimiş tuz yardımlı magnezyotermik indirgeme yoluyla yeni nesil silisyum- grafit anot malzemelerinin sentezi
BURAK FEDAKAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Sonochemical synthesis of c-dot/conductive polymer and application in lithium-ion batteries
Karbon nokta/ iletken polimerlerin sonokimyasal sentezi ve lityum-iyon bataryalarda uygulaması
İLKNUR KALAFAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Lityum ve üç elektronlu atom iyonlarının fermi değme terimlerinin hesaplanması
Başlık çevirisi yok
YILMAZ DAĞDEMİR
