Şarj edilebilir lityum bataryalarda katot aktif madde olarak kullanılan LiMn2O4 bileşiğinin çoklu katyon katkılama ile döngü performansının iyileştirilmesi
Improving cycle performance of LiMn2O4 as cathode material for rechargeable lithium batteries, by multiple cation doping
- Tez No: 276767
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞABAN PATAT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Lityum İyon Piller, LiMn2O4, Katyon Katkılama, Elektrokimya, Lithium İon Batteries, LiMn2O4, Cation Doping, Electrochemistry
- Yıl: 2011
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
LiMn2O4, LiCoO2 ve LiNiO2 şarj edilebilir lityum iyon pillerde katot aktif maddesi olarak kullanılmaktadır. Spinel LiMn2O4 bileşiği tabakalı yapıya sahip LiCoO2 ve LiNiO2 bileşikleriyle kıyaslandığında, bol bulunan, ucuz, çevre dostu ve üretimi daha kolay olan bir katot aktif maddedir. Ancak spinel LiMn2O4, şarj/deşarj sırasında kapasite kaybına uğramaktadır. Bu çalışmada kapasite kaybını önlemek için mangan iyonunun bir kısmının yerine bazı metal iyonları katkılandı. Bu amaçla metal iyonu katkılanmış LiM0.10Mn1.90O4 ve LiM0.05M'0.05Mn1.90O4 (M ve M' = Al, Si, Ti ve Cr) bileşikleri sentezlendi.Sentezlenen bileşikler elementel analiz, X-ışınları toz kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve dört uçlu iletkenlik ölçümleri ile karakterize edildi. Metal katkılamanın spinel LiMn2O4 bileşiğinin şarj/deşarj döngü performansına etkisi 1C (148 mA g-1) akım yoğunluğunda ve 3.5 - 4.5 V aralığında incelendi. Elde edilen elektrokimyasal sonuçlara göre, LiMn2O4 bileşiğindeki Mn3+ yerine metal iyonları katkılama ile spinel LiMn2O4 bileşiğinin kapasite kaybının azaldığı buna karşın başlangıç kapasitesinin düştüğü bulundu. Anaç bileşik LiMn2O4, 1C (148 mA g-1) akım yoğunluğu ve 50 şarj/deşarj döngüsünde %22 kapasite kaybına uğrarken aynı şartlarda, LiMn1.90Al0.1O4, LiMn1.90Ti0.1O4, LiMn1.90Cr0.1O4, LiMn1.90Al0.05Si0.05O4, LiMn1.90Al0.05Cr0.05O4 ve LiMn1.90Si0.05Ti0.05O4 bileşiklerinin sırasıyla %5, %11, %7, %2, %7 ve %13 gibi düşük kapasite kaybına uğradığı bulunmuştur. Bu sonuç, LiMn2O4 bileşiğini lityum iyon piller için ilgi çekici yapmaktadır.
Özet (Çeviri)
LiMn2O4, LiCoO2 and LiNiO2, have been used as cathode materials for Li-ion rechargeable batteries. Compared with layered LiCoO2 and LiNiO2 intercalation compounds, spinel LiMn2O4 has the advantages of naturally abundant, low cost, less toxic and facile preparation, and has attracted great attentions as an alternative positive electrode material for lithium ion batteries. . However, the capacity of spinel LiMn2O4 fades rapidly on charge-dicharge cycling. In this study, to avoid the loss of capacity a small amount of Mn ions is substituted by various dopant ions. For this purpose, metal ion doped insertion compounds LiM0.10Mn1.90O4 and LiM0.05M?0.05Mn1.90O4 (M and M? = Al, Si, Ti and Cr) are prepared.The spinel materials are characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and four probe DC electrical measurement methods. The effect of the cation-substituting on the charge-discharge cycling performance of the spinel LiMn2O4 is investigated in the range of 3.5 - 4.5 V at 1 C (148mA g-1). The electrochemical results indicate that the chemical substitution of some metal ions for Mn3+ in LiMn2O4 lead to decrease of the initial capacity but improve the cycling performance. LiMn1.90Al0.1O4, LiMn1.90Ti0.1O4, LiMn1.90Cr0.1O4, LiMn1.90Al0.05Si0.05O4, LiMn1.90Al0.05Cr0.05O4 and LiMn1.90Si0.05Ti0.05O4 show a low capacity loss of %5, %11, %7, %2, %7 and %13 per 50 cycles at 1 C-rate (148mA g-1) respectively, as compared to 22% for pristine LiMn2O4. This advantage makes LiMn2O4 attractive particularly for lithium ion battery applications.
Benzer Tezler
- Bazı lityum metal vanadat içerme bileşiklerinin sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis, characterization and research of some lithium metal oxide insertion compounds
FATMA KILIÇ
- Sodyum iyon bataryalar ı̇çı̇n Na2/3Co1/3Ni1/3Mn1/3O2 katot aktı̇f malzemesı̇nı̇n sentezı̇ ve karakterı̇zasyonu
Synthesis and characterization of Na2/3Co1/3Ni1/3Mn1/3O2 cathode active material for sodium ion batteries
SELMA ECER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Medeniyet ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVDA AVCI
- Lityum iyon batarya paketi tasarımı ve termal kaçak simülasyonu
Lithium-ion battery pack design and thermal propogation simulation
ESER BERK YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Peptide nanostructure templated growth of iron phosphate nanostructures for energy storage applications
Peptit nanoyapı şablonuyla enerji depolama uygulamaları için demir fosfat nanoyapıların geliştirilmesi
HEPİ HARİ SUSAPTO
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Porosity generation and optimization of silicon-based anodes for high energy density lithium ion batteries
Yüksek enerji yoğunluklu lityum iyon bataryalar için silisyum bazlı anotlarda gözenek geliştirilmesi ve optimizasyonu
NESLİHAN YUCA
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK