Geri Dön

Nano kristalin kalay grafen esaslı nano kompozit anot elektrotlarının üretimi ve Li-iyon pil uygulamaları

Production of nano crystalline tin-graphene based nano composite anode electrodes and Li-ion battery applications

  1. Tez No: 428792
  2. Yazar: ASLIHAN ERDAŞ
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Sakarya Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 63

Özet

Geçtiğimiz son birkaç yılda, Li-iyon piller gerek taşınabilir elektronik cihazlar ve gerekse elektrikli cihazlar için hala en umut verici güç kaynakları olarak gösterilmektedirler. Li-iyon pillerin önemli bir bileşeni olarak görülen negatif elektrotlar malzemeler üzerine oldukça yoğun çalışmalar olmasına karşılık ticari Li-iyon pillerin birçoğunda negatif elektrot olarak hala grafit tercih edilmektedir. Li-Sn alaşımlarının özellikle Li-C alaşımlarından çok daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmalarından dolayı yeni nesil Li-iyon pil uygulamalarında kalayın çok önemli bir aday olabileceğini göstermektedir. Kalay ve lityum elektrokimyasal olarak tersinir reaksiyonlar göstererek teorik kapasitesi 994 mAh g-1'lik bir spesifik kapasitenin ortaya çıkmasını sağlarlar ve bu değer teorik kapasitesi 372 mAh g-1 olan ticari grafitin yaklaşık olarak üç katına denk gelmektedir. Li-Sn sisteminin teorik olarak çok yüksek kapasite değerlerine sahip olmasına rağmen ticari olarak kullanımı elektrokimyasal alaşımlama/dealaşımlama işlemleri sırasında % 300'lük bir hacimsel genleşmeden dolayı sınırlıdır. Söz konusu hacimsel değişimler elektrokimyasal işlemler sırasında kapasitenin çok hızlı bir şekilde düşmesine (kısa çevrimsel ömür) ve elektrotta dökülmelere neden olmaktadır. Günümüze kadar yapılmış olan çalışmalarda hacimsel genleşmelere bağlı olarak ortaya çıkan dökülmeleri engellemek amacıyla birçok özgün yaklaşım keşfedilmiştir. Farklı araştırmacılar tarafından özgün elektrot mimarisi hususunda öngörülmüş olan yaklaşımlardan en önemlileri karbon kaplama ve grafen takviyesi şeklinde verilebilir. Grafenin üstün mekanik ve elektriksel özelliklere sahip olması şarj edilebilir piller hususunda büyük dikkati üzerine çekmiş ve günümüzdeki çalışmaların söz konusu nano yapılı malzemelerin makro ölçekte avantajlara dönüştürülmesi üzerine yoğunlaşmasına neden olmuştur. Bu yüksek lisans tez çalışmasında Sn/C/Grafen hibrit kompozit serbest elektrotlar kimyasal indirgeme, mikrodalga destekli karbürizasyon ve vakum filtrasyon yöntemleri kullanılarak 3 aşamada üretilmiştir. Üretilmiş olan serbest elektrotların fiziksel ve kimyasal özellikleri farklı yöntemlerle analiz edilmiştir. Anot malzemesi olarak tasarlanmış serbest elektrotlardan CR2016 düğme tipi hücreler üretilmiş ve elektrokimyasal özellikleri de incelenmiştir. Elektrokimyasal testler sonrasında elde edilmiş sonuçlar, Sn/C/Grafen hibrit kompozit yapılarının ticari olarak kullanılmakta olan grafite göre daha üstün özelliklerinin olduğunu göstermiştir

Özet (Çeviri)

In recent years, lithium-ion batteries are believed to be the most promising power source for both portable electronic devices and electric vehicles. As one of important parts, negative-electrode materials have been investigated intensively. Among them, carbonaceous material has now widely used in commercial Li-ion batteries. Li–Sn alloys have higher energy density compared that of Li–C alloys therefore, Sn is one of the candidate negative electrode materials for next generation lithium ion battery applications. Tin and lithium form reversible alloys such as Li4.4Sn with maximum composition, which yields 994 mA hg−1 specific capacity value, almost three times higher than the theoretical value of the conventional graphite anode, that is, 372 mA hg−1. In spite of high theoretical capacity of Li–Sn system, usage and commercialization so far limited by its short cycle life, which is related with the huge volume variations about % 300 occurs during the electrochemical alloying–dealloying reactions between Li–Sn. Volume variations results with the considerable mechanical stress, which leads rapid capacity fade (short cycle life) due to the material pulverization. In the literature there are many approaches to suppress the pulverization arising from volume variations. Novel electrode architectures have been suggested by researchers such as nanocomposite tin materials and among them, the most attractive ones are graphene reinforced composites. The superior mechanical and electrical properties of graphenes have received much attention, leading to many efforts to design materials that realize macro scale advantages through integrating these nano scale structures In this Master of Science thesis, free standing hybrid Sn/C/Graphene hybrid electrodes were produced by a three step methods and these methods were chemical reduction, microwave assisted carburization and vacuum filtration methods. The chemical and physical properties of the as-produced electrodes were analyzed with several testing methods. The electrochemical properties of the as-produced electrode materials were evaluated by assembling those electrodes in a CR2016 coin cell. The electrochemical tests were shown that the electrochemical performance of freestanding Sn/C/Graphene hybrid electrodes are far beyond the commercial graphite.

Benzer Tezler

  1. Nano kristalin kalay ve kalay esaslı alaşımların sentezi ve sodyum iyon pil uygulamaları

    Production of nanocrystalline tin and tin based alloys and na-ion battery applications

    MUSTAFA MAHMUT SİNGİL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    EnerjiSakarya Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER

  2. Grafen tabanlı nanodolgular ile güçlendirilmiş yeni nesil termoplastik kompozitlerin geliştirilmesi

    Development of new generation thermoplastic composites reinforced by graphene based nanofillers

    ELÇİN ÇAKAL SARAÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL AYDIN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BURCU SANER OKAN

  3. Mechanical properties of carbon nanotube and graphene based yarns

    Karbon nanotüp ve grafen esaslı ipliklerin mekanik özellikleri

    ESMA NUR GÜLLÜOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ELİF ÖZDEN YENİGÜN

  4. Investigation of the effect of porosity in SnO2 nanofibers as anode materials for sodium-ion batteries

    Sodyum-iyon pilleri için SnO2 nanolif anot malzemesinde porozitenin etkisinin incelenmesi

    ERÇİN ÇAĞAN DURAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HÜSEYİN KIZIL

  5. Mikrokristal selülöz/metil stearat/grafen nanopellet kompozit faz değişim malzemesinin hazırlanması karakterizasyonu ve ısıl enerji depolama özelliklerinin belirlenmesi

    Preparation, characterization and determination of thermal energy storage properties of microcrystalline cellulose/methyl stearate/graphene nanopellet composite phase change material

    ESMA ÇAKIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Metalurji MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET SARI