Lityum-iyon pili uygulamaları için karbon esaslı elektrod malzemelerin geliştirilmesi
Development of carbon based electrode materials for lithium ion battery applications
- Tez No: 427887
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ZARİFE GÖKNUR BÜKE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Physics and Physics Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: Türkçe
- Üniversite: TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 65
Özet
Lityum iyon bataryalar, günümüz taşınabilir elektronik cihazların ve ilerinin elektrikli arabalarının enerji kaynakları olarak büyük ilgi görmektedirler. Hızlı şarj edilebilme, yüksek enerji depolama kapasitesi gibi özellikleri, kullanılan anot malzemesiyle direk ilintili olup, üstün özellikli anot malzemelerin kolay ve ucuz sentezi, günümüz elektronik cihazların etkinliğini ve elektrikli arabalar gibi bir üst düzey enerji sınıfı araçlarında kullanılabilirliğini arttıracaktır. Anot malzemesi olarak günümüzde en yaygın kullanılan malzeme grafittir. Grafit, uzun kullanım ömrü ve elektriksel iletkenliği ile avantajlı durumda olsa da sınırlı yüzey alanı ve kapasitesinden dolayı istenilen enerji değerini yakalayabilmek ancak birçok sayıdaki pilin seri bağlanması ile elde edilebilmektedir. Maliyetin ve toplam hacmin büyümesini önlemek için yüksek yüzey alanı/hacim oranına sahip, Li tutma kapasitesi yüksek malzemeler tercih edilmektedir. Bu bağlamda grafitin tek katmanı olarak tanımlanan grafen, yüksek yüzey alanı/hacim oranı, mekanik ve kimyasal dayanıklılığı; silisyum ise, yüksek lityum depolama kapasitesi ile oldukça dikkat çekmektedir. Öte yandan depolama sırasındaki yüksek hacim değişimleri, şarj ve deşarj esnasında anot ile bataryanın diğer elemanları arasındaki bağlantının kopmasına ve bataryanın çalışamamasına yol açmaktadır. Bu çalışmada amaç, tek aşamada, içerisinde homojen olarak dağılmış Si atomları bulunduran grafen yapıları elde etmek için özgün bir metot geliştirmektir. Böylesi yapıları elde etmek için, süreç olarak SiC tozların vakum dekompozisyonu seçilmiştir. Fakat dekompozisyon için gerekli yüksek sıcaklık ve yüksek vakum değerleri toz parçacıkların topaklanmasına yol açmaktadır. Bu yüzden, çalışmada aşılması gereken engellerden biri de dekompozisyon için gerekli yüksek sıcaklık değerini düşürmektir. Bu sebeple, öncelikle SiC tek kristal alttaşları ile dekompozisyon mekanizmasının ayrıntılı olarak incelenebilmesi ve bu teknolojinin SiC tozlarına uygulanması amaçlanmaktadır. Nihai amaç, Li-iyon bataryaların anotlarında kullanılma potansiyeline sahip, Si / grafen yapıları oluşturmaktır. Bu amaçla, SiC tek kristal alttaşları ile farklı hidrojen ve vakum tavlama süreleri sistematik olarak çalışılmış, oluşturulan yapılar incelenmiştir. Daha sonra burada elde edilen bilgiler ışığında SiC tozları ile deneyler gerçekleştirilmiş, oluşturulan yapılar tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
Lithium ion batteries are drawing attention as the energy source of today's electronic devices and tomorrow's electric vehicles. Properties like quick charging, high energy storage capacity is directly linked to anode material. Low cost and easy synthesis of anode materials with superior qualities will improve the efficiency of everyday electronic devices and the electric vehicles. Currently, graphite is the most common anode material. Although graphite is advantageous with its durability and electrical conductivity, because of its limited surface area and energy storage capacity, the requested power can only be supplied with the coupling of several batteries in series. To prevent the increase in total cost and volume, materials with high surface area/volume ratio and with higher Li storage capacity should be used. To this end, graphene which is described as a single layer of graphite, with its high surface area/volume ratio, mechanical and chemical resistance and silicon, with its high Li storage capacity catch attention. On the other hand, volume change of silicon that occurs during charging and discharging, breaks the bond within the battery parts and causes to malfunction. The purpose of this study is to develop an authentic, single-step method to synthesize graphene sheets which have homogeneously distributed Si atoms. To synthesize such structures, vacuum decomposition of SiC powder is selected. However the needed high temperature for the vacuum decomposition of SiC causes particles to agglomerate. Therefore, reducing the temperature for decomposition is one of the challenges of this work. For this reason, first aim of the study is to understand the mechanism of vacuum decomposition of SiC, using single crystal wafers, and then, to apply the technology to SiC powders. The ultimate goal is to synthesize Si / graphene structures with the potential of using as anode material at lithium ion batteries. To understand the mechanism of decomposition and the effects of variables in the system, two sets of experiments are carried out, and the formed structures are characterized. Then, the knowledge gained from the SiC single crystals are applied to SiC powders and the results are discussed.
Benzer Tezler
- Synthesis of silicon-graphene composite anode via magnesiothermic reduction of silica fume for high-performance lithium-ion batteries
Yüksek performanslı lityum-iyon bataryalar için silisyum-grafen kompozit anot malzemesinin silika dumanının magneziotermik yolla indirgenmesi ile sentezlenmesi
NİHAT FATİH KAYACIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA YAVUZ
- Hexagonal boron nitride reinforced thermal conductivity improved composite material design applications in electric vehicles
Hegzagonal bor nitrür takviyeli termal iletkenliği iyileştirilmiş kompozit malzeme tasarımı: Elektrikli araçlarda uygulamaları
EMRULLAH CEBE
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ
- Fabrication and characterization of composite electrodes for the hybrid / electric vehicles applications
Hibrit / elektrikli araç uygulamaları için kompozit elektrot imalatı ve karakterizasyonu
KAAN KAPLAN
Doktora
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN BEDİR
DOÇ. DR. ABDULCABBAR YAVUZ
- Trimerik fosfazen esaslı yeni iyonik sıvılarının sentezi, karakterizasyonu ve bazı uygulamaları
Synthesis, characterization and some applications of trimeric phosphazene based new ionic liquids
ALİ DESTEGÜL
Doktora
Türkçe
2020
KimyaTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KARADAĞ
PROF. DR. ZEYNEL KILIÇ
- Esas tahrik unsuru yakıt pili olan elektrikli araç uygulaması ve konfigürasyonu
Demonstration and configuration of electric vehicles which use fuelcell as a main movement unit
MUSTAFA KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHMAN KILIÇ