Grafen takviyeli CuO anot elektrotlarının tasarımı ve Li-iyon pil uygulamaları
Design of graphen reinforced CuO anode electrodes and applications of Li-ion batteries
- Tez No: 682858
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunlukları, uzun çevrim ömrü ve raf ömrü, geniş kullanım sıcaklık aralığı, hızlı şarj edilebilirlik, yüksek enerji verimliliği gibi özelliklere sahip olmaları nedeniyle taşınabilir elektronik cihazlar için son zamanlarda öne çıkan güç kaynaklarındandır. Günümüzün artan enerji ihtiyacını karşılayabilmek amacıyla, enerji yoğunluğunun daha da arttırılması için, daha yüksek kapasiteli yeni elektrot malzemelerinin geliştirilmesi kaçınılmazdır. Bugüne kadar, lityum iyon pillerde geleneksel anot malzemesi olarak grafit kullanılmıştır, ancak grafitin teorik kapasitesi (372 mAhg-1), LiC6 oluşumu nedeniyle sınırlıdır. Bu nedenle, şimdiye kadar karbon nano malzemeler, silikon malzemeler ve geçiş metali oksitler (MxOy, M = Fe, Co, Ni, Sn, Cu, vb.) dahil olmak üzere yüksek kapasiteli anotlar geliştirmek için çaba gösterilmiştir. Metal oksitler arasında CuO, bolluğu, düşük maliyeti, kimyasal stabilitesi, yüksek teorik kapasitesi (674 mAhg-1) ve çevre dostu olması nedeniyle umut verici bir adaydır. Bununla birlikte, saf CuO elektrotları, şarj / deşarj döngüleri sırasındaki yüksek C-hızlarında, yüksek hacim değişimlerinin sebep olduğu düşük iletkenlik ve morfolojik değişimlerden dolayı zayıf çevrimden ve düşük kapasiteden muzdariptir. Az miktarda yüksek kaliteli grafen ve karbon nanotüp, lityum iyon pillerin yüksek enerjili depolama kapasitesini korurken, gücünü ve döngüsel kararlılığını arttırabilmektedir. Grafen, yüksek yüzey alanlarına (2630 m2 g-1 teorik değeri), şarj taşıyıcılarının hareketliliğine (200.000 cm2 V-1 s-1) ve geniş elektrokimyasal pencereye sahip tek atom kalınlığında ve iki boyutlu sp2 hibridizasyonu ile bağlanmış karbon katmanlarının eşsiz bir yapısını göstermektedir. Karbon nanotüpler ise anotların hem elektrik iletkenliğini arttırmaktadır hem de uzun süre kararlı bir şekilde çalışmasını sağlamaktadır. Bu özellikler grafeni ve karbon nanotüpü, lityum iyon pilde yüksek performans sunan aktif malzemeleri sabitlemek için kullanılan ideal iki boyutlu destekleyici bir malzeme haline getirmektedir. Bu tez çalışmasında, nano çubuk formunda CuO nanopartikülleri sentezlenmiş ve elde edilen yapılar grafen ve karbon nanotüp ile takviye edilerek hibrit kompozit serbest elektrotlar üretilmiştir. Elde edilen serbest elektrotların kimyasal ve fiziksel özellikleri incelenmiş ve elde edilen serbest elektrotların detaylı bir elektrokimyasal incelemesi yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Lithium ion batteries are one of the most prominent power supplies for portable electronic devices due to their high energy densities, long cycle life and shelf life, wide usage temperature range, fast recharging and high energy efficiency. In order to meet the increasing energy demand of today, it is inevitable to develop new electrode materials with higher capacity to further increase the energy density. To date, lithium ion batteries have used graphite as the traditional anode material, but the theoretical capacity of graphite (372 mAhg-1) is limited due to the formation of LiC6. For this reason, efforts have been made so far to develop high capacity anodes, including carbon nano materials, silicon materials and transition metal oxides (MxOy, M = Fe, Co, Ni, Sn, Cu, vb.). Among metal oxides, CuO is a promising candidate because of its abundance, low cost, chemical stability, high theoretical capacity (674 mAhg-1) and environmental friendliness. However, pure CuO electrodes suffer from poor cycle and low capacity at high C-rate during charge / discharge cycles due to low conductivity and morphological changes caused by high volume changes. A small amount of high-quality graphene and carbon nanotubes can increase the strength and cyclic stability while maintaining the high-energy storage capacity of lithium-ion batteries. Graphene shows a unique structure of carbon layers bonded to two-dimensional sp2 hybridization and shows high surface areas (2630 m2 g-1 theoretical value), mobility of charge carriers (200,000 cm2 V-1 s-1) and single atomic thickness with large electrochemical window. Carbon nanotubes, on the other hand, both increase the electrical conductivity of the anodes and ensure their stable operation for a long time. These properties make graphene and carbon nanotube an ideal two-dimensional supporting material used to fix active materials that offer high performance on lithium-ion batteries. In this thesis, CuO nanoparticles were synthesized in nanorods form. The synthesized nanorods structures were reinforced with graphene and carbon nanotube and hybrid composite free electrodes were produced. The chemical, electrochemical and physical properties of the free electrodes were investigated in detail.
Benzer Tezler
- Grafen takviyeli kompozit kaplamaların fiziksel ve kimyasal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the physical and chemical properties of graphene reinforced composite coatings
TAHA AKBULAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP ÖNLER
- Grafen takviyeli nanokompozit malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of graphene reinforced nanocomposite materials
ÖZBERK ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mühendislik BilimleriBursa Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DENİZ UZUNSOY
PROF. DR. ÖZGEN ÜMİT ÇOLAK ÇAKIR
- Grafen takviyeli alüminyum ve titanyum kompozitlerin elektrokimyasal empedans spektroskopisi ile korozyon davranışlarının incelenmesi
Investigation of the corrosion behavior of graphenereinforced aluminum and titanium composites byelectrochemical impedance spectroscopy
HADI KHEZERLOU
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEVLÜT GÜRBÜZ
- Grafen takviyeli bakır matrisli kompozitlerin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Manufacturing and examining the characteristics of graphen reinforced copper matrix composites
ÖNER KAĞAN ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiMersin ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER GÜLER
- Grafen takviyeli alüminyum matrisli kompozit malzemelerin üretimi ve eşit kanallı açısal preslemenin (EKAP) malzeme özelliklerine etkisi
Production of composite materials with grafen reinforced aluminum matrix and the effect of equal channel angular pressing (ECAP) on material properties
NİHAL BAĞCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiMersin ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER GÜLER