Vanadyum diborürün sentezi, hava pili uygulamalarında kullanılması ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of vanadium diboride and its use in air battery applications
- Tez No: 584074
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN GÖÇMEZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Seramik Mühendisliği, Energy, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kütahya Dumlupınar Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 160
Özet
Enerji depolama ve üretimi, elektrikli araç (EV) ve mobil cihazlar gibi uygulamalar için ciddi öneme sahip olan pil teknolojisinin geliştirilmesi üzerine uzun süredir çalışılmaktadır. Günümüzde 400 Wh kg-1 enerji yoğunluğu limitini zorlayan en son teknoloji Lityum-iyon pillerin teorik gerçek potansiyeli olan 600 Wh kg-1'a, önümüzdeki 5 yıl içerisinde ulaşılacağı öngörülmektedir; fakat 500-600 Wh kg-1'lık enerji kapasitesi bile EV'lar için tam olarak yeterli bir değer değildir. Üstelik çoğu araştırmacı, lityumun güvenliği ve toksikliği hakkında kaygı duymaktadırlar. Bu nedenle, son on yılda alternatif pil teknolojilerine yönelim için girilen arayış gittikçe daha önemli boyuta gelmiştir; çeşitli metal-hava pili teknolojileri de bu ihtiyaca cevap verme konusunda güçlü bir aday olarak göze çarpmaktadır. Zn-hava pilleri, 40 yıldan uzun bir zamandır ticari olarak işitme cihazlarında kullanılmaktadır. Diğer taraftan, Li-hava pili teknolojisinin geliştirilmesi üzerine yoğun bir çaba söz konusudur. Metal borürler, hava pillerinde kullanılmak için diğer bir potansiyel adaydır. Metal borürler içinde vanadyum diborür (VB2), 4060 mAh g-1'lık yüksek şarj kapasitesi ve 1.1 Volt değerinde bir deşarj platosu sunmasıyla borürler içerisinde dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, VB2 nanotozu jel yöntemi ile sentezlenmiştir. Amonyum metavanadat (NH4VO3) ve borik asit (H3BO3) vanadyum ve bor kaynağı olarak kullanılmış, şelat yapı oluşturulmasında da sitrik asit (C6H8O7) ve tartarik asit (C4H6O6) şelatlaşma ajanları olarak görev yapmışlardır. Elde edilen malzeme, B2O3 ve ß-rombohedral fazında bor safsızlıkları içerme ihtimali olan en az %98 saflıkta VB2'dür. Boro/karbotermal sentezindeki termodinamiksel yaklaşımla beraber şelatlaşma mekanizmaları arzu edilen stokiyometride VB2 elde etmek adına tanımlanmıştır. Son olarak, elde edilen anot malzemeden VB2-hava pili eldesinin adımları açıklanmış, elde edilen %56 Coulombic verimliliğin arttırılması ve şarj edilebilirlik mekanizması üzerine yorumlar yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Battery technology, for which there is a serious need in various fields such as EV (electric vehicle), energy production, mobile devices, has long been studied. True potential of state-of-the-art Lithium-ion technology (600 Wh kg-1), offering a 400 Wh kg-1 energy density today, is estimated to be achieved within 5 years. However, even estimated 500-600 Wh kg-1 energy density barely provides a feasible operating range for EVs. On top of that, many researchers are concerned by safety and toxicity. As a result, seeking distinctive types of battery technology is of crucial interest especially in the current decade; metal-air battery technology is a strong candidate to fill this need. Zinc-air batteries have been commercially available mostly in hearing aid devices for more than 40 years. Concurrently, lithium-air technology is being intensely developed. Metal borides class is another potential player in the air battery league. Among metal borides, vanadium diboride (VB2) performs superior to others, combining a flat discharge potential at 1.1 V with an exceptional high theoretical charge density of 4060 mAh g-1. In this study, VB2 nanopowders are synthesized employing the gel method. The process is carried out using ammonium metavanadate (NH4VO3) and boric acid (H3BO3) as vanadium and boron sources respectively, and citric acid (C6H8O7) and tartaric acid (C4H6O6) as chelating agents. The resulting material is characterized to be at least 98% VB2 within the possibility of excessive amorphous B2O3 and ß-rhombohedral boron remaining. Thermodynamic considerations in regards to boro/carbothermal synthesis of VB2 and chelating mechanism throughout the major reaction steps are described. Finally, the routes to assemble a VB2-air battery using as-synthesized anode material are presented along with final remarks towards achieving VB2-air batteries with Coulombic efficiency up to 56% and rechargability.
Benzer Tezler
- Vanadyum oksitte eşik anahtarlama olayı ve hafıza seçme aygıt için uygulama potansiyeli
Threshold switching phenomenon in vanadium oxide and its potential application as a memory select device
MORTEZA VAFADAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN EFEOĞLU
- Characterization of vanadium oxide thin films grown by magnetron sputtering technique
Mıknatıssal saçtırma tekniği ile büyütülen vanadyum oksit ince filmlerin karakterizasyonu
HÜRRİYET YÜCE
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
- Vanadyum dioksit temelli malzemeler ile çinko iyon batarya katotlarının geliştirilmesi
Development of zinc-ion battery cathodes with vanadium dioxide-based materials
BÜŞRA AYDOĞDU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrokimya ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP YÜKSEL
- An all-vanadium redox flow battery: A comprehensive equivalent circuit model and co-simulation between matlab-simulink and trnsys
Vanadyum temelli bir redoks akiş bataryası: Kapsamlı eşdeğer devre modeli ve matlab-simulink ile trnsys arasında eş zamanlı benzetim
MUHAMMED ŞAMİL YEŞİLYURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mekatronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMekatronik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN AYHAN YAVAŞOĞLU
- Vanadyum oksit ı̇nce film akıllı malzemelerin üretim sürecinin elektriksel- yapısal özellik ı̇lişkisine etkisinin ı̇ncelenmesi
Investigation of the influence of deposition process on electrical-structure property correlation in vanadium oxide thin film smart materials
GÖKÇENUR ÇAKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilim ve TeknolojiEskişehir Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMİS MUSTAFA ÖKSÜZOĞLU