Investigation of lithium salt-nonionic surfactant mesophases and their applications in solar cells as gel electrolyte
Lityum tuzlarının iyonik olmayan yüzey aktiflerle oluşturdukları arahaller ve bu yapıların güneş hücrelerinde jel elektrolit olarak uygulamaları
- Tez No: 336884
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Liyotropik Sıvı Kristaller, Arahaller, Eriyik Tuzlar, Derişik Elektrolit Çözeltiler, Kendiliğinden Düzenlenme, Güneş Hücreleri, Jel Elektrolitler, Yükseltgenme İndirgenme Çifti, Lyotropic Liquid Crystal, Mesophases, Molten Salt, Concentrated Aqueous Solution, Self-assembly, Solar Cell, Gel Electrolyte, Redox Couple
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Bazı tuzlar iyonik olmayan yüzey aktiflerle kendiliğinden düzenlenerek liyotropik sıvı kristal (LSK) arahaller (mesophase) oluşturur. Kendiliğinden düzenlenme sürecinde tuzlar elektrolit çözelti olarak ya da eriyik halde bulunabilirler. Bu çalışmada lityum tuzlarının derişik elektrolit çözeltilerinin (LiCl, LiBr, and LiI) iyonik olmayan yüzey aktiflerle (oligo(ethylene oksitler, yada pluronikler, üç-bloklu polietilen-polipropilen-polietilen) oluşturdukları arahaller incelenmiştir. Lityum tuzlarının pluroniklerle oluşturduğu LSK arahaller 5.0 ile 25.0 tuz/pluronik, oligo(ethylene oksit) (C12EO10) ile oluşturduların da ise 2.0 ile 10.0 tuz/C12EO10 mol oranında düzenli olduğu ve oda koşullarında aylarca karalı olduğu gösterilmiştir. Atmosfere açık lityum tuzu-Pluronik LSK arahallerinde su, hidrat bileşikleri olarak kalmaktadır. Bu sistemlerin geniş tuz yoğunlukları aralığında hekzagonal arahalde bulunduğu gözlemlenmiştir. Ortamdaki uz oranlarını arttıkça birim hücrenin büyüdüğü ve hekzagonal arahalden kübik arahale geçiş olduğu gözlemlenmiştir. 25.0 tuz/pluronik mol oranlarına kadar numunelerin düzenli ve kararlı bir yapıda oldukları daha yüksek oranlarda ise düzensiz arafazlar ve/veya tuz kristallerinin oluştuğu görülmüştür. Jel elektrolitler, sıvı elektrolitlerde görülen sorunların giderilmesi bakımından oldukça ilgi çekmektedirler. Bu çalışmada, LiI, LiCl ve LiBr tuzlarının 10-lauryl eter (C12EO10) ile oluşturdukları lyotropik arahaller de incelenmiştir. Bu arahaller 2.0 ile 10.0 tuz/C12EO10 mol oranı aralığında kararlı yapıdadırlar. LiI/I2 çifti, jel elektrolit oluşturmak için çeşitli lityum tuzu-iyonik olmayan yüzey aktif sistemine katılmıştır. LiI/I2 çifti içeren LSK arahaller polarize optik mikroskopu, X-ışını kırınım yöntemi, FT-IR ve raman spektroskopileri kullanılarak incelenmiştir. Bu sistemlerin lytropik arahallerinin 2D hegzagonal yapıda olduğu ve açık atmosferde aylarca kararlı kaldığı belirlenmiştir. Bu arahallerin düşük açıda kırınım yaptığı ve LiI/I2 çifti katıldıktan sonra faz ayrımına uğranmadığı görülmüştür. Ayrıca LSK arahallerde iodürün, iyot ile tepkime vererek tri iyodür oluşturduğu gözlenmiştir. Böylece I-/I3- yükseltgenme indirgenme çifti içeren jel elektrolitler elde edilmiş ve bu elektrolitlerin performansları güneş benzeticisi ve oluşturulan güneş hücresi (anot-gel elektrolit-katot, anot = FTO-boya uyarılmış TiO2, katot = FTO-Pt nanoparçacıklar) kullanılarak ölçülmüştür. Bu yeni LSK sistemlerinin güneş pillerinde jel elektolit olarak kullanılabileceği ve bilinen sıvı elektrolitler kadar iyi performans verdiği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Some salts and some nonionic surfactants self-assemble together into lyotropic liquid crystalline (LLC) mesophases. The salt can be either in aqueous solution phase or in its molten phase in the self-assembly process. Concentrated aqueous solutions of lithium salts (LiCl, LiBr, or LiI) and pluronics (triblock copolymers, such as P65, P85, P103, or P123) or 10-lauryl ether (C12H25(CH2CH2O)10OH, denoted as C12EO10) type nonionic surfactant mesophases were investigated in this thesis work. The LLC mesophases are well ordered between 5.0 and 25.0 salt/pluronics and 2.0 and 10.0 salt/C12EO10 mole ratios, and remain stable for months under the ambient conditions. The water molecules remain as the hydrates under open atmosphere in the LLC mesophases of lithium salts-nonionic surfactants. The lithium salt-pluronic LLC mesophases are birefringent and have a hexagonal mesophase in a broad range of salt concentrations. The unit cell of the mesophases increases and a transition from the hexagonal to a cubic mesophases occurs upon increasing the salt content of the media. Moreover the LLC mesophases are ordered and stable up to 25.0 salt to pluronic mole ratio. At higher salt content, one can observe either a disordered phase or co-existence of salt crystals and mesophase. There is a big demand on the gel electrolytes for dye sensitized solar cells (DSSC) in order to overcome solvent problems caused by liquid electrolytes. The LLC mesophases of LiI, LiCl and LiBr salts with 10-lauryl ether (C12EO10) has been considered as gel-electrolyte for the DSSC. We demonstrate that the LiI/I2 couple can be incorporated into above LLC mesophases of various lithium salt-nonionic surfactant systems. Those LLC phases, with LiI/I2 couple have been characterized by means of diffraction, microscopy, spectroscopy and conductivity measurements. The LLC mesophases diffract at small angles and do not show any phase segregation upon incorporating the LiI/I2 redox couple. The LLC mesophases of these systems are 2D hexagonal, and they remain stable under ambient conditions for months. In the LLC media, the iodide ion and iodine molecule react to produce triodide ion in the media. The iodide/triodide (I-/I3-) redox couples containing gel electrolytes were formed and their solar performance was investigated by using a solar simulator and a cell consisting of a dye sensitized anode (FTO-dye modified TiO2), gel-electrolyte, and a cathode (FTO-Pt nanoparticles). The LLC mesophases of various lithium salt-nonionic surfactant systems with the I-/I3- redox couple were characterized using POM (Polarized Optical Microscope), XRD (X-ray Diffraction), FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) and Raman techniques. These new LLC mesophases can be used as gel electrolytes in solar cells after incorporation of redox couple into the media and display responses as good as commonly used liquid electrolytes.
Benzer Tezler
- Investıgatıon of lıthıum salts-nonıonıc surfactant lyotropıc lıquıd crystallıne mesophases ın a dye sensıtızed solar cell as gel electrolytes
Li̇tyum tuzlari ve i̇yoni̇k olmayan yüzeyakti̇f li̇yotropi̇k sivi kri̇stal fazlarin boya duyarli güneş hücreleri̇nde jel elektroli̇t olarak kullanilmasi
EZGİ YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Hekzadeka sübstitüe ftalosiyaninlerin X-ışını kristallografisi ve NMR spektroskopisi ile yapısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the structural properties of hexadeca-substituted phthalocyanines by X-ray crystallography and NMR spectroscopy
ARMAĞAN ATSAY
- Lityum tuzu içeren iletken polimer elektrolitlerin iletkenliği ve termal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of conductivity and thermal properties of lithium salt contained conductive polymer electrolytes
MELİKE ÇUVAK
- Lityumun karbonik anhidraz II enzim aktivitesi üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of lithium on enzyme activity of carbonic anhydrase II
İLHAN İRENDE
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyokimyaKaradeniz Teknik ÜniversitesiTıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ALVER
- Sandviç ftalosiyanin içeren dendrimerlerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Investigation of properties and synthesis of dendrimers contains sandwich phthalocyanine
EBRU YABAŞ