Search for new cathode compositions for mildly acidic Zn-MnO2 batteries
Hafif asidik Zn-MnO2 piller için yeni katot bileşimlerinin araştırılması
- Tez No: 729341
- Danışmanlar: PROF. DR. YUNUS EREN KALAY, PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Energy, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Bu tez, Zn-iyon piller için yeni bir MnO2 bazlı katot bileşimleri bulmaya odaklanmaktadır. Bu amaçla magnetron sıçratma yoluyla biriktirilen kalın film katotları kullanılarak eşzamanlı üretim yaklaşımı kullanıldı. İncelenen sistem, NaMnO2, Bi2O3, NiO ile alaşımlanmış MnO2'dir. Bu amaçla dört sıçratma diski hazırlanmıştır. MnO2 diski 3 inç çapında merkezi konuma yerleştirilmiş ve diğer oksitler 2 inç çapında ve birbirine 120°'lik açılarla üçgen oluşturacak şekilde yerleştirilmiştir. 12,7 mm çapındaki altlıklar, üçgen geometriye sahip bir altlık tutucu haznesine yerleştirilmiştir. Her biri farklı bir bileşime sahip tek bir sıçratma deneyinde toplam 36 katot biriktirilmiştir. Altı deney yapılarak 216 katot elde edilmiştir. Katotlar, akım toplayıcı olarak kullanılan Ni folyo üzerine kaplanmıştır. Kaplamalar tipik olarak 0,23 ila 2,38 mg arasında değişen bir kütle ile 3 μm kalınlığındadır. Kullanılan hücreler Swagelok tipindedir. Anot olarak 300 µm kalınlığında Zn folyo ve elektrolit olarak 2M ZnSO4 + 0.1 M MnSO4 sulu çözeltisi kullanılmıştır. Ön sonuçlara göre Mn bakımından zengin katotlar olumlu sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, detaylı çalışma için altı setten üç set katot seçilmiştir. Her katot için döngüsel voltametri ve galvanostatik testler gerçekleştirilmiştir. Na'nın %11 ila %78 arasında değiştiği Bi-Mn-Ni üçlü diyagramının Mn açısından zengin köşesi, kapasiteler, döngüsel kararlılık ve deşarj plato potansiyelleri açısından haritalanmıştır. Haritalara dayalı olarak, 400 mAh/g'ın üzerinde deşarj kapasitelerine sahip üç aday kompozisyon seçilmiştir. Bunlar Bi0.04Na0.55Ni0.04Mn0.36Ox, Bi0.04Na0.37Ni0.06Mn0.53Ox ve Bi0.02Na0.63Ni0.02Mn0.33Ox'dir. Seçilen katotların tam potansiyelini kontrol etmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis focuses on finding a new MnO2-based cathode composition(s) for Zn-ion batteries. For this purpose combinatorial approach was employed using thick film cathodes deposited via magnetron sputtering. The system under study was MnO2 alloyed with NaMnO2, Bi2O3, NiO. For this purpose, four sputter targets were prepared. MnO2 target was in 3-inch diameter placed in the central position and the other oxides were 2-inch in diameter placed 120° to one another forming a triangle. Substrates were 12.7 mm in diameter placed in a substrate magazine with a triangular geometry mimicking the targets underneath. A total of 36 cathode could be deposited in a single sputtering experiment each with a different composition. A total of six experiments were carried yielding 216 cathodes. Cathodes were deposited on Ni foil used as a current collector. They were typically 3 μm thick with a mass varying from 0.23 to 2.38 mg. Cells used was of Swagelok type, anode was 300 μm thick Zn foil electrolyte was 2M ZnSO4 + 0.1 M MnSO4 aqueous solution. The preliminary results indicated favorable results in Mn rich cathodes. As a result, out of six sets three set of cathodes were selected for detailed study. Cyclic voltammetry as well as galvanostatic tests were carried for each cathode. Mn rich corner of the Bi-Mn-Ni ternary diagram where Na varied from 11 to 78% were mapped in terms of capacities, cyclic stability, and discharge plateau potential. Based on maps, three candidate compositions were selected with discharge capacities above 400 mAh/g. These are Bi0.04Na0.55Ni0.04Mn0.36Ox, Bi0.04Na0.37Ni0.06Mn0.53Ox and Bi0.02Na0.63Ni0.02Mn0.33Ox. Further work is needed to check the full potential of the selected cathodes.
Benzer Tezler
- Sn esaslı anotların elektrokimyasal yöntemlerle üretilmesi ve lityum iyon bataryalarda kullanımlarının değerlendirilmesi
Production of sn based anodes via electrochemical method and their evaluation of usage of Sn based anodes in lithium ion batteries
BURÇİN BİLİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Suda çözünen polifosfazen esaslı kompozit iletken polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve lityum iyon bataryalarda bağlayıcı olarak kullanım özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and characterization of water-soluble polyphosphazene-based composite conductive polymers and investigation of their application as binder in lithium ion batteries
EMRE GÜNEY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERDA HACIVELİOĞLU
- Mikrodalga elektrotermal itki sistemi:tasarımı, üretimi ve performans analizi
Design, manufacture and performance analysis of a microwave electrothermal thruster system
MEHMET SERHAN YILDIZ
Doktora
Türkçe
2016
Astronomi ve Uzay BilimleriHava Harp Okulu KomutanlığıUzay Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ÇELİK
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM KOÇ
- Katı membranlı yakıt pillerine yönelik LaSrNiO4 esaslı elektrotların termokimyasal analizi
Thermochemical analysis of LaSrNiO4 based electrodes on solid oxide fuel cells
ANIL ÇELEBİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK
- Organik ışık yayan diyotların imali ve karakterizasyonu
The production and characterization of organic light emitting diodes
GÜLŞEN KÖSOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ALTINDAL
YRD. DOÇ. DR. FATİH DUMLUDAĞ