Geri Dön

Novel electrospun anatase/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate-based Li-ion battery anodes and their electrochemical performances

Yeni elektrospun anataz / poli (3,4-etilendioksitiyofen) polistiren sülfonat bazlı Li-ion pil anotları ve elektrokimyasal performansları

PDF İndir

  1. Tez No: 658442
  2. Yazar: VAHID CHARKHESHT
  3. Danışmanlar: Prof. Dr. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, Dr. BEGÜM YARAR KAPLAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 71

Özet

Bununla birlikte, Li-iyon pillerin (LIB) güvenlik, çalışma ömrü ve şarj hızı iyileştirilmesi gereken çok sayıda konuvardır. Lifli elektrotların kullanılması, Li+ aktarımını kolaylaştırmak için lif içi ve lifler arası boşlukları artırarak elektrolitin aktif malzeme ile bağlantısının artırılması ile, pilin elektrokimyasal davranışı görülebilmektedir. Basit, ölçeklenebilir ve uygun maliyetli bir teknik olarak elektrodokuma, LIB'lerde kullanılan lifli elektrotların üretiminde kullanılabilir. Bu çalışmada, elektrodokunmuş TiO2/CB esaslı anotlar, yüksek iletkenliğe sahip bir polimer olanpoli(3,4-etilendioksitiyofen) polistiren sülfonat (PEDOT: PSS) polimeri literatürde ilk defa Li-iyon batarya anodu üretiminde taşıyıcı polimer olarak kullanılarak hazırlanmıştır. PEDOT:PSS çözeltileri düşük viskoziteye sahip olması nedeni ile, viskoziteyi artırmak ve elektrodokuma çözeltisine yüksek moleküler ağırlıklı başka bir taşıyıcı polimer olan poli (etilen oksit) (PEO) eklenmiştir. Homojen elektrodokuma çözeltisi bileşimini ve son olarak homojen parçacık dağılımına sahip lifleri elde etmek için sistematik ve düzenli bir optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Sonikasyon tipi ve süresi, PEO / PEDOT: PSS oranı, elektrodokuma çözeltisindeki toplan katı oranı, çözücülerin oranı (DMF/Su), farklı moleküler ağırlığında PEO kullanılması gibi elektrodokuma çözeltisi parametrelerine ek olarak, uygulanan voltaj, iğne-kolektör uzaklığı, polimer besleme hızı, oran ve bağıl nem gibi sistem parametreleri de optimize edilmiş ve incelenmiştir.Elektrodokunmuş elektrotların karakterizasyonunda TGA, XRD, RAMAN, FTIR ve FE-SEM teknikleri kullanılmıştır. Elektrot üretiminden sonra, galvanostatik şarj / deşarj, döngüsel voltametri ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi olmak üzere birçok elektrokimyasal testyapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre PEDOT:PSS polimeri kullanılarak elde edilen elektrodokunmuş anot şu sebeplerden dolayı yüksek performans göstermiştir: performansının i) daha yüksek elektrot iletkenliği ve ii) polimerin yüksek elektrokimyasal aktivitesinden dolayı kapasitenin artması. Batarya testleri sonucunda, bu tez ile üretilen elektrodokunmuş anodun alan kapasitesinin (1.67 mAh.cm-2) diğer çalışmalarla karşılaştırılabilirolduğuve gravimetrik kapasitesinin (300 mAh.g-1) benzer çalışmalardan çok daha yüksek seviyede olduğu gözlenmiştir. Elde edilen bu sonuçlar, PEDOT:PSS polimerinin bağlayıcı/taşıyıcı olarak kullanıldığı elektrodokunmuş elektrotların, gelecek nesil LIB için umut vericidir.

Özet (Çeviri)

Among the common batteries, LIBs as one of the pioneers in rechargeable batteries has become an intrinsic part of almost all the electronic devises. However, there are lots of rooms for improvement in terms of safety, working life, and charging pace. Using fibrous electrodes can improve the electrochemical behavior thanks to the enhancement of connection of the electrolyte with active material by increasing voids to facilitate the Li+ transference. Electrospining as a simple, scalable, and cost-effective technique can build up the fibrous electrodes used in LIBs. In this study, for the first time, highly conductive poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) polymer was used as a carrier of electrospun TiO2/CB-based anode. Due to the low viscosity of PEDOT:PSS solution, another carrier polymer with high molecular weight, PEO, was added to electrospinning ink to increase the viscosity and make the electrospinning process practical. A systematic and laborious optimizing work was performed to achieve the homogeneous ink composition and finally fibers with homogeneous particle distribution. The parameters include sonication type and time, PEO/PEDOT:PSS ratio, ink solid ratio, dispersants ratio (DMF/Water), PEO polymer ratio, and PEO molecular weight besides the operational parameters like operational voltage, needle to collector distant, polymer feeding rate and relative humidity. TGA, XRD, RAMAN, FTIR, and FE-SEM techniques were used to characterize the electrodes. After electrode fabrication, electrochemical tests including galvanostatic charge/discharge, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy were performed. Presence of PEDOT:PSS assists the anode performance by: i) improving the conductivity and ii) increasing capacity due to the electrochemical activity of the polymer. Not only the achieved areal capacity (1.67 mAh.cm-2) was comparable to the other studies, but also the gravimetric capacity (300 mAh.g-1) was much higher than similar studies. These results are very promising for the next generation electrospun LIB electrodes fabricated using PEDOT: PSS as a binder/carrier.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    439735

    Fabrication and characterization of ceramic nanofibers with photocatalytic ability

    Fotokatalitik özellikte seramik nanofiber üretimi ve karakterizasyonu

    HANDE DEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SADRİYE KÜÇÜKBAYRAK OSKAY

  2. Tez No

    645242

    Novel electrospun nanofibers loaded different medicament approaches as drug delivery systems for regenerative endodontics

    Rejeneratif endodontik tedavisinde farklı bir medikal yaklaşım olarak ilaç salınım sistemli elektrospin nanofiber uygulaması

    NURA BRİMO

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    BiyomühendislikBaşkent Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DİLEK ÇÖKELİLER SERDAROĞLU

  3. Tez No

    761105

    Development of electrospun multifunctional fibrous structures for icephobic and superhydrophobic applications

    Buzfobik ve süperhidrofobik uygulamalar için elektroeğrilmiş çokişlevli lifli yapıların geliştirilmesi

    MAHMUT TAS

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Metalurji MühendisliğiThe University of Nottingham

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. XİANGHUİ HOU

  4. Tez No

    342988

    Development of nano material based sensors for determination of some-cation/anion in groundwater and complementary usage of ion chromatography

    Yer altı sularında bulunan bazı katyon/anyon tayinine yönelik nano malzeme esaslı sensör geliştirilmesi ve analizlerin iyon kromatografisi kullanımıyla tamamlanması

    MERVE ZEYREK ONGUN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    KimyaDokuz Eylül Üniversitesi

    Kimya Bölümü

    PROF. DR. KADRİYE ERTEKİN

  5. Tez No

    730997

    Novel 3D composite polymeric scaffolds for tissue engineering

    Doku mühendisliği için özgün 3 boyutlu kompozit polimerik iskele yapıları

    İPEK ATAY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Mühendislik BilimleriKoç Üniversitesi

    Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSKENDER YILGÖR

Geri Dön