Yeni nesil sulu çinko iyon bataryalar için mof tabanlı yeni bir katot malzemesinin geliştirilmesi
Development of a mof based novel cathode material for next-generation aqueous zinc ion batteries
- Tez No: 1005952
- Danışmanlar: PROF. DR. YILDIRAY TOPCU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Artan küresel enerji talebi, güvenilir ve yüksek verimlilikte enerji depolama teknolojilerinin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Ticari Lityum iyon bataryalar yüksek enerji yoğunluğu ve uzun döngü ömürleriyle dikkat çekse de maliyet, hammadde erişilebilirliği ve güvenlik gibi sorunlar bu teknolojinin geniş çaplı uygulamalarını sınırlamaktadır. Bu nedenle, güvenli, ekonomik ve büyük ölçekli depolamaya uygun alternatif sistemlere, özellikle şarj edilebilir sulu çinko iyon bataryalara (AZIB) yönelik ilgi giderek artmaktadır. Bu tez, mevcut sınırlamaları aşmaya yönelik olarak, sulu çinko iyon bataryaların performansını artıracak yeni nesil katot malzemelerinin tasarlanması ve geliştirilmesi amacıyla yürütülmüştür. Tezin ilk amacı, özellikle MOF malzemelere odaklanarak, daha yüksek özgül kapasite ve uzun döngü ömrü sağlayacak yeni katot malzemeleri tasarlamak ve sentezlemektir. Bu kapsamda, parçacık morfolojisinin ve elektrot hazırlama süreçlerinin optimize edilmesi hedeflenmektedir. İkinci amaç, sulu çinko iyon bataryalar için katot malzemelerinin performansını incelemek ve geliştirmektir; bu tezde MOF-303 malzemesinin ilk kez katot olarak sulu bataryalarda kullanımına odaklanılmaktadır. MOF-303'ün yapılan testlerle elektro-kimyasal özelliklerinin incelenerek yüksek performanslı ve stabil AZIB katot malzemelerinin geliştirilmesi hedeflenmektedir. Bu kapsamlı yaklaşım doğrultusunda, tez çalışmasının genel amacı AZIB sistemleri için yüksek performanslı, çevresel açıdan sürdürülebilir ve maliyet açısından uygulanabilir katot malzemeleri geliştirmek; böylece geleceğin enerji depolama teknolojilerine bilimsel ve teknolojik katkı sunmaktır. Bu hedefler doğrultusunda çalışmada ilk olarak solvotermal sentez yöntemi kullanılarak MOF-303 sentezlenmiştir. Sentez sonucu elde edilen MOF-303 malzemesinin sulu elektrolitli Zn-iyon bataryalarda katot malzemesi olarak kullanımının incelenmesi amacıyla beher tipi hücre içinde elektrokimyasal ölçümler alınmıştır. MOF-303'ün katot olarak kullanıldığı AZIB'de anot olarak yüksek saflıkta grafit plaka, elektrolit olarak ise 1M ZnSO4 çözeltisi kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında, MOF-303'ün 1M ZnSO₄ sulu elektrolit içerisindeki elektrokimyasal davranışı, akım-voltaj (I-V) ilişkisi üzerinden incelenmiştir. Bununla birlikte, devam eden çevrimlerde şarj-deşarj kapasiteleri yaklaşık 28 F/g değerinde kararlı bir seviyeye ulaşmış ve bu kapasite 1000 çevrim boyunca korunmuştur. Ayrıca, ilk birkaç çevrimden sonra kulombik verim %100'e yakın bir değere ulaşmıştır. Bu durum, malzemenin elektrokimyasal olarak aktif yüzeyinin stabilize olması, gözenek yapısının elektrolit iyonlarına tamamen adapte olması ve elektrot içindeki redoks proseslerinin dengeli bir şekilde gerçekleşmesiyle açıklanabilir. Sonuç olarak, MOF-303'ün ZnSO₄ elektrolitinde yüksek döngüsel dayanıklılık ve verimlilik sergilediği, bu özelliklerin de onu yenilenebilir enerji depolama sistemleri için umut verici bir aday haline getirdiği değerlendirilmektedir. Bu çalışma aracılığıyla sulu Zn-iyon bataryalar için yeni nesil MOF katotların geliştirilmesine dair önemli katkıların sağlanacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
The increasing global energy demand necessitates the development of reliable and highly efficient energy storage technologies. Although Commercial lithium-ion batteries attract attention due to their high energy density and long cycle life, issues such as cost, raw material availability, and safety limit the large scale deployment of this technology. Therefore, interest in alternative systems that are safe, economical, and suitable for large scale storage; particularly rechargeable aqueous zinc-ion batteries has been steadily increasing. This thesis has been conducted with the aim of designing and developing next-generation cathode materials to enhance the performance of aqueous zinc-ion batteries by addressing existing limitations. The first objective of the thesis is to design and synthesize new cathode materials that provide higher specific capacity and long cycle life, with a particular focus on MOF materials. In this context, the optimization of particle morphology and electrode preparation processes is targeted. The second objective is to investigate and improve the performance of cathode materials for aqueous zinc-ion batteries; this thesis focuses on the use of MOF-303 as a cathode in aqueous batteries for the first time. It is aimed to examine the electrochemical properties of MOF-303 through the performed tests and to develop high-performance and stable AZIB cathode materials. In line with this comprehensive approach, the overall aim of the thesis is to develop high-performance, environmentally sustainable, and cost-effective cathode materials for AZIB systems, thereby providing scientific and technological contributions to future energy storage technologies. In accordance with these objectives, MOF-303 was first synthesized using the solvothermal synthesis method. To investigate the use of the synthesized MOF-303 material as a cathode material in Zn-ion batteries with aqueous electrolytes, electrochemical measurements were conducted in a beaker-type cell. In the AZIB system where MOF-303 was used as the cathode, a high-purity graphite plate was employed as the anode, and a 1 M ZnSO₄ solution was used as the electrolyte. In this thesis, the electrochemical behavior of MOF-303 in a 1 M ZnSO₄ aqueous electrolyte was examined through the current–voltage (I–V) relationship. Furthermore, in the subsequent cycles, the charge–discharge capacities reached a stable level of approximately 28 F/g and this capacity was maintained for 1000 cycles. In addition, after the first few cycles, the coulombic efficiency reached a value close to 100%. This can be explained by the stabilization of the electrochemically active surface of the material, the full adaptation of the pore structure to the electrolyte ions, and the balanced occurrence of redox processes within the electrode. Consequently, MOF-303 demonstrates high cycling durability and efficiency in ZnSO₄ electrolyte, making it a promising candidate for renewable energy storage systems. Through this study, it is believed that significant contributions will be made to the development of next-generation MOF cathodes for aqueous Zn-ion batteries.
Benzer Tezler
- Burdur ili mermer sektörünün kurumsal ve ekonomik yapısı
İnstitutional and economic structure of marble sector in burdur
AHMET SARITAŞ
- Organo-modifiye karbon nanotüplerin sentezi, karakterizasyonu ve bazı uygulama alanları
Synthesis, characterization and some application areas of organo-modified carbon nanotubes
ÜMİT ÇALIŞIR
- ERGO/ZnO nanokompozit elektrotların CdS, CdTe, Bi2S3, CdS/CdTe ve CdS/Bi2S3 kuantum parçacıklar ile dekore edilmesi, karakterizasyonu ve QDSSC'Lerde uygulamaları
Decoration of ERGO/ZnO nanocomposite electrodes with CdS, CdTe, Bi2S3, CdS/CdTe and CdS/Bi2S3 quantum dots, characterization and applications in QDSSCs
MESUT ERYİĞİT
- Avokado (Persea americana) atıkları ile biyosentezlenen metalik nanopartiküllerle yüklenmiş aljinat yara örtüsü/biyofilm hazırlanması ve tanımlanması
Preparation and identification of alginate wound dressing/biofilm loaded with metallic nanoparticles biosynthesized from avocado (Persea americana) waste
RASHA ABDULBARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYLA ÖZER
ÖĞR. GÖR. DENİZ UZUNOĞLU DOĞRUYOL
- 2-(metiltiyo)kinolin grubu içeren yeni ftalosiyaninlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of new phthalocyanines containing 2-(methylthio)quinoline group
MUSTAFA ALALOUSH