Novel expanded titanate based materials for energy applications
Enerji uygulamaları için genişletilmiş titanat esaslı yeni malzemeler
- Tez No: 420269
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, DR. ALP YÜRÜM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Elektronik cihazlarda ve araçlarda kullanılabilecek yüksek şarj ve deşarj oranlarında çalışabilen lityum-iyon bataryalarının geliştirilmesi oldukça önemli bir gereklilik haline gelmiştir. Bu amaçla, batarya içinde kristal yapıdaki iyon hareketini iyileştirmek gerekmektedir. Bu bağlamda uygulanan genel strateji ise parçacık boyutunu nanometer skalasına düşürmek olmaktadır. Bu sayede iyon difüzyon uzunluğunun düşürülmesine yardımcı olmaktadır. Titanat nanotüpler, özel morfolojileri ve yüksek yüzey alanları sayesinde umut vadedici malzemelerdir. Bu titanatların lityumun tepkimesi sırasında yüksek hız kapasitesi ve düşük hacim genişlemesi sağlamaları da beklenmektedir. Ayrıca, bu titanat nanotüplerin boru şeklindeki yapıları sayesinde iyonların kristale taşınmalarını da kolaylaştıracağı düşünülmüştür. Bu çalışmada, titanat nanotüplerinin, ticari ve sol-jel TiO2'den başlanarak hidrotermal yöntemle sentezleri başarıyla gerçekleştirilmiştir. Ardından, nanotüpler arasındaki tabakaların açılması için değişen pH'larda çalışılıp pH etkisi incelenmiş ve ayrıca surfactant eklenerek bu etki de araştırılmıştır. Elde edilen yapıların detaylı karakterizasyonları için SEM, XRD ve BET teknikleri kullanılmıştır. Özellikle, tabakalar arası uzaklığın enerji kapasitesi ve hız kapasitesine etkisi araştırılmıştır. pH=4.4'da tabakalar arasındaki en düşük uzaklık elde edilmiştir. Bu değerden sonra tabakalar arası uzaklık artırmış ve nanotüplerin çapları da artmıştır. Ayrıca, pH= 4.4'da özgül yüzey alanının maksimum değere ulaştığı ve 334 m2/g olduğu saptanmıştır. TiO2 (anataz) nanoparçacıklarının potansiyel- kapasite profilleri çıkarıldığında, 1.7 V değerinde deşarj ve 2.2 V değerinde şarj için plato değerleri gözlemlenmiştir. Kapasite değerinin 10 çevrim sonrasında 254 mAh/g 'den 87 mAh/g'e düştüğü görülmüştür. Titanatlar için gerçekleştirilen CV ölçümlerinde ise geniş pikler elde edilmiş ayrıca belirgin bir plato değeri gözlemlenmemiştir. Titanatlar için oldukça yüksek bir kapasite değeri, 980 mAh/g, elde edilmiştir. Daha önemlisi, tabakalar arası genişletilmiş titanatlar için oldukça yüksek hız kapasiteleri elde edilmiştir. Tabakalar arası uzaklığın kapasite için oldukça önemli olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca surfactant sayesinde tabakaların açıldığı ve iyon hareketinin artırıldığı da gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Development of lithium-ion batteries operating at high charge and discharge rates is highly demanded especially for electronic devices and electric vehicles. For this purpose, improvement of ion transport in the crystal structure is needed. In this respect, the general strategy is reducing down the particle size to a nanometer scale. This helps to decrease the ion diffusion length. Titanate nanotubes are promising materials because of their special morphology and high specific surface area. These titanates provide high rate capability and low volume expansion upon lithiation. More importantly their tubular structure helps the transport of ions through the crystal. In this study, we synthesized titanate nanotubes hydrothermally from commercial and sol-gel TiO2. Moreover, the interlayer distances of the nanotubes were modified by changing the pH and the addition of surfactants. For the characterization, SEM, XRD, and BET techniques were used. In addition, the effect of interlayer distance on energy capacity and rate capability was investigated. The shortest interlayer distance was observed at pH value of 4.4. Getting further away from this point, interlayer distances increased and this also increased the nanotube diameter. Conversely, specific surface area reaches its maximum value of 334 m2/g at pH of 4.4. Potential-capacity profiles of TiO2 (anatase) nanoparticles showed distinct potential plateaus at 1.7 and 2.2 V for discharging and charging, respectively. However, the capacity dropped from 254 mAh/g to 87 mAh/g in 10 cycles. For titanates, broad peaks appear in CV measurement, thus no distinct plateau was observed at potential-capacity profile. For titanates capacities as high as 980 mAh/g were obtained. More importantly, titanates showed exceptional rate capabilities especially at wider interlayer distances due to higher mobility of ions in the structure. It was found that interlayer distance plays an important role in rate capability. In addition, we achieved significant expansion in interlayer distances after post-treatment with the surfactants which can enhance the ion mobility.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of expanded polystyrene/chopped glass fiber/epoxy novel composite
Genleşmiş polistiren/kırpılmış cam elyafı/epoksi kompozitin üretimi ve karakterizasyonu
ŞAFAK YILDIZHAN
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik BilimleriÇukurova ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN SERİN
- Genleştirilmiş cam küreciklerin bazı tiyoüre bileşikleri ile kimyasal modifikasyonu ve sorpsiyon özelliklerinin incelenmesi
Chemical modification of expanded glass aggregates with some thiourea compounds and investigation of sorption properties
ULVİYE BEYZA İLAY
- Novel strategies for second-kind integral equations to analyze perfect electric conductors
Mükemmel iletkenlerin analizlerinde ikinci türden integral denklemleri için yenilikçi stratejiler
SADRİ GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Çok-girişli çok-çıkışlı telsiz iletişim sistemleri için özgün dik uzaysal modülasyon teknikleri
Novel quadrature spatial modulation techniques for multiple input multiple-output wireless communication systems
ZEHRA YİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Novel techniques and innovative designs for the RF chain of magnetic resonance imaging scanners
Manyetik resonans görüntüleme cihazlarının RF tarafı için yeni teknikler ve yaratıcı tasarımlar
ALIREZA SADEGHI TARAKAMEH
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGİN ATALAR
DR. ÖĞR. ÜYESİ YİĞİTCAN ERYAMAN