Titanium disulfide nanosheet-based electrodes for flexible zinc-ion micro-batteries
Esnek çinko-iyon mikro-bataryalar için titanyum disülfür nanotabaka bazlı elektrotlar
- Tez No: 1011555
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Mühendislik Bilimleri, Enerji, Chemistry, Engineering Sciences, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Minyatürleştirilmiş ve esnek elektronik sistemlere yönelik artan talep, kompakt ve mekanik olarak dayanıklı, gerçekçi performans metriklerine sahip enerji depolama cihazlarını gerekli kılmaktadır. Bu tez kapsamında, kendinden taşıyıcı iki boyutlu (2B) TiS2 filmleri katot olarak kullanılarak yüksek performanslı düzlemsel Zn– TiS2 mikro bataryalar geliştirilmiştir. Optimize edilmiş mikro batarya mimarisi için rasyonel bir malzeme seçimi amacıyla, yığın (bulk) ve 2B TiS2'nin karşılaştırılması ile tek duvarlı karbon nanotüp (SWCNT) ilavesinin etkisinin incelendiği sistematik bir malzeme çalışması gerçekleştirilmiştir. 2B morfolojinin, yığın karşılıklarına kıyasla daha yüksek elektrokimyasal erişilebilirlik ve cihaz seviyesinde gelişmiş performans sağladığı gösterilmiştir. Kendinden taşıyıcı filmler lazer kesim yöntemiyle mikro elektrotlara desenlenmiş ve lazer işleminin hem Zn hem de TiS₂ elektrotlarının yüzey morfolojisi ve elektrokimyasal davranışı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Düzlemsel konfigürasyon ile uyumlu ve kararlı Zn tersinirliği sağlamak amacıyla Zn(BF4)2–etilen glikol elektroliti kullanılmıştır. Optimize edilen cihaz, 506.62 μAh cm⁻² (202.65 mAh cm⁻³) alan kapasitesi, 155.6 μWh cm⁻² enerji yoğunluğu ve 0.56 mW cm⁻² güç yoğunluğu değerlerine ulaşmış; 100 çevrim sonunda %82.4 kapasite korunumu göstermiştir. Mikro batarya ayrıca bükülme koşulları altında da kararlı performans sergilemiştir. Önemli olarak, cihaz harici akım toplayıcı olmaksızın çalışmaktadır. Akım toplayıcının oluşturduğu atıl hacmin ortadan kaldırılması ve performansın toplam katot kalınlığı esas alınarak raporlanması sayesinde, bu çalışma hacimsel ve gravimetrik açıdan gerçekçi metrikler sunmakta olup alan kısıtlı esnek ve çip üzeri mikro elektronik uygulamalar için uygun bir çözüm ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The growing demand for miniaturized and flexible electronic systems requires compact and mechanically robust energy storage devices with realistic performance metrics. In this thesis, high-performance planar zinc - titanium disulfide (Zn–TiS2) micro-batteries were developed using self-standing two-dimensional (2D) TiS2 films as cathodes. A systematic material investigation was conducted, including a comparison between bulk and 2D TiS2 and an evaluation of single-walled carbon nanotube (SWCNT) incorporation, enabling a rational material selection for the optimized micro-battery architecture. The 2D morphology demonstrated improved electrochemical accessibility and enhanced device-level performance compared to bulk counterparts. The self-standing films were patterned into micro-electrodes via laser cutting, and the influence of the laser process on the surface morphology and electrochemical behavior of both Zn and TiS2 electrodes was examined. A Zn(BF4)2–ethylene glycol electrolyte was employed to ensure stable Zn reversibility and compatibility with the planar configuration. The optimized device achieved an areal capacity of 506.62 μAh cm⁻² (202.65 mAh cm⁻³), an energy density of 155.6 μWh cm⁻², and a power density of 0.56 mW cm⁻², with 82.4% capacity retention over 100 cycles. The micro-battery retained stable electrochemical performance under mechanical bending. Importantly, the device operated without external current collectors. By eliminating inactive dead volume and reporting performance based on total cathode thickness, this work presents realistic gravimetric and volumetric metrics suitable for space-constrained flexible and on-chip micro-electronic applications.
Benzer Tezler
- Manufacturing of TiS2 electrode active material for zinc ion capacitor applications
Çinko iyon kapasitör uygulamaları için TiS2 elektrot aktif malzeme üretimi
SÜMEYYE KANDUR BAĞLICAKOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF KELEŞTEMUR
- Tis2/Go nanokompozit temelli nanosensörler ile parathion tayini
Determination of parathion with Tis2/Go nanocomposite based nanosensors
ADEM YAĞIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyoteknolojiAydın Adnan Menderes ÜniversitesiMoleküler Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT UYGUN
- Talaşlı imalatta kullanılan nano parçacık içeren kesme sıvılarının titanyum alaşımının işlenebilirliğine etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of cutting fluids containing nano parti̇cles used in machining on the machinability of titanium alloy
KANAY ZEYREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ OSMAN ER
- TiS2 driven TiO2 nano-flakes: Ultrasonic spray-deposited electrodes for sensing and electrochromic applications
TiS2 türevli TiO2 nano-pulcukları: Ultrasonik sprey yöntemiyle biriktirilmiş elektrotların sensör ve elektrokromik uygulamaları
EDA ÇEVİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Parasetamol tayini için elektrokimyasal sensör hazırlanması
Preparation of an electrochemical sensor for determination of paracetamol
NESLİHAN DEMİR