Sodyum iyon pillerde katot aktif madde olarak kullanılan o3-Na0.90[Mn0.48Fe0.30Cu0.22]O2 maddesinin elektrokimyasal performansının ti katkılama ile artırılması
Enhancement of the electrochemical performance of ti substituted Na0.90[Mn0.48Fe0.30Cu0.22]O2 cathode active material for sodium-ion batteries
- Tez No: 742543
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞABAN PATAT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Sodyum iyon piller, katot aktif maddeler, tabakalı sodyum metal oksitler, Sodium ion batteries, Cathode active material, Layered sodium metal oxide
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Anorganik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
SODYUM İYON PİLLERDE KATOT AKTİF MADDE OLARAK KULLANILAN O3-Na0.90[Mn0.48Fe0.30Cu0.22]O2 MADDESİNİN ELEKTROKİMYASAL PERFORMANSININ Ti KATKILAMA İLE ARTIRILMASI Ferhat ŞANLI Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Ağustos 2022 Danışman: Prof. Dr. Şaban PATAT ÖZET Tabakalı yapıya sahip O3-Na0.90[Mn0.48Fe0.30Cu0.22] maddesi Co/Ni içermeyen, ucuz ve kolay sentezlenebilen bir katot aktif maddedir. Ancak O3-Na0.9[Mn0.48Fe0.30Cu0.22] katot aktif maddesi havada kararsız ve şarj/deşarj sırasında kapasite kaybına uğramaktadır. Bu çalışmada O3-Na0.9[Mn0.48Fe0.30Cu0.22] maddesinin havada kararlılığı artırmak ve kapasite kaybını azaltmak için bir kısım mangan ve demir iyonu yerine Ti4+ iyonu katkılandı. O3–NaMn0.48Fe0.30Cu0.22O2, O3–Na0.90Mn0.48Fe0.30Cu0.22O2, O3-NaMn0.48Fe0.25Cu0.21Ti0.06O2 ve O3–NaMn0.40Fe0.33Cu0.21Ti0.06O2 katot aktif maddeleri birlikte çöktürme metodu ile sentezlendi. Sentezlenen katot aktif maddeler, X-ışınları toz kırınımı, alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu, havada kararlılık ve iletkenlik ölçümü metotları ile karakterize edildi. Havada kararlılık ve iletkenlik ölçüm sonuçlarına göre Ti4+ katkılı O3-NaMn0.48Fe0.25Cu0.21Ti0.06O2 ve O3–NaMn0.40Fe0.33Cu0.21Ti0.06O2 katot aktif maddelerin katkısız olan katot aktif maddelere göre havada daha kararlı ve iletkenlik değerlerinin daha yüksek olduğu bulundu. Sentezlenen katot aktif maddelerin X-ışınları toz kırınım (XRD) desenine göre O3 tipi tabakalı yapıya sahip oldukları ve safsızlık piki içermedikleri bulundu. Elektrokimyasal ölçüm sonuçlarına göre katot aktif maddeler arasında Ti4+ katkılı O3-NaMn0.48Fe0.25Cu0.21Ti0.06O2 maddesinin 0.1C (16 mA/g) akım değerinde ve 1.5-4.05 V (Na/Na+ çiftine karşı) potansiyel aralığında deşarj kapasitesi (122.2 mAh/g) ve 56 döngüden sonrası kapasite korunumunun (%99.2) diğerlerinden daha iyi olduğu bulundu. Bütün bu sonuçlar Ti4+ katkılı O3-NaMn0.48Fe0.25Cu0.21Ti0.06O2 maddesinin ticari sodyum iyon pillerde kullanma potansiyelinin olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
ENHANCEMENT OF THE ELECTROCHEMİCAL PERFORMANCE OF Ti SUBSTİTUTED Na0.90[Mn0.48Fe0.30Cu0.22]O2 CATHODE ACTİVE MATERİAL FOR SODİUM-İON BATTERİES Ferhat ŞANLI Erciyes University, Graduate School of Natural and Applied Sciences Ph D. Thesis, August 2022 Supervisor: Prof. Dr. Şaban PATAT ABSTRACT The Ni/Co free layered O3-Na0.9[Mn0.48Fe0.30Cu0.22] is cheap and easily synthesized cathode active material for rechargeable sodium ion batteries. However, the cathode material, O3-Na0.9[Mn0.48Fe0.30Cu0.22] is unstable in air and suffers a loss of capacity during charge/discharge. In this study, Ti4+ ions were substituted for some Mn and Fe ions in O3-Na0.9[Mn0.48Fe0.30Cu0.22] material to increase its stability of in air, to reduce capacity loss. O3–NaMn0.48Fe0.30Cu0.22O2, O3–Na0.90Mn0.48Fe0.30Cu0.22O2, Ti4+ doped O3-NaMn0.48Fe0.25Cu0.21Ti0.06O2 and Ti4+ doped O3–NaMn0.40Fe0.33Cu0.21Ti0.06O2 cathode active materials were synthesized by coprecipitation method. The synthesized materials were characterized using X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy, air stability and conductivity measurements. According to the stability in air and conductivity measurement results, it was found that Ti4+ doped O3-NaMn0.48Fe0.25Cu0.21Ti0.06O2 and O3–NaMn0.40Fe0.33Cu0.21Ti0.06O2 cathode active materials are more stable in air than undoped ones and their conductivity values higher. X-ray diffraction data demonstrated that the synthesized cathode active materials have layered structure and they are pure. According to the results of the electrochemical measurement, Ti4+ doped O3-NaMn0.48Fe0.25Cu0.21Ti0.06O2 material among the cathode active materials synthesized, has higher discharge capacity (122.6 mAh/g) at a current value of 0.1C (16 mA/g) and capacity retention (99.2%) after 56 charge/discharge cycles at 0.5C and a potential range of 1.5-4.05 V (vs Na/Na+). All these results show that Ti4+ doped O3-NaMn0.48Fe0.25Cu0.21Ti0.06O2 cathode material has the potential to be used in commercial sodium ion batteries.
Benzer Tezler
- Sodyum iyon pillerde katot aktif madde olarak kullanılan O3-Na0.9[Mn0.48Fe0.30Cu0.22]O2 maddesinin elektrokimyasal performansının ca katkılama ile artırılması
Enhancement of the electrochemical performance of Ca substituted O3-Na0.9[Mn0.48Fe0.30Cu0.22]O2 cathode active material for sodium ion batteries
YUSUF TAŞ
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞABAN PATAT
PROF. DR. FERHAT DALDABAN
- Sodyum iyon pillerde kullanılan o3-nani1/3fe1/3mn1/3o2 katot aktif maddesinin elektrokimyasal özelliklerinin iyileştirilmesi
Enhancement of electrochemical performance of o3-nani1/3fe1/3mn1/3o2 as cathode material for sodium ion batteries
NAZLI ÖZDEMİR
- Sodyum iyon pillerde katot aktif madde olarak kullanılan tabakalı yapıdaki P2-[Na2/3Ni1/3Mn1/2Ti1/6]O2 bileşiğinin elektrokimyasal özelliklerinin iyileştirilmesi
Enhancement of electrochemical performance of multiple layer of P2-[Na2/3Ni1/3Mn1/2Ti1/6]O2 as a anode active material for sodium ion batteries
UMEED MAAROOF ALI SHOSHEN
- Sodyum iyon bataryalar ı̇çı̇n Na2/3Co1/3Ni1/3Mn1/3O2 katot aktı̇f malzemesı̇nı̇n sentezı̇ ve karakterı̇zasyonu
Synthesis and characterization of Na2/3Co1/3Ni1/3Mn1/3O2 cathode active material for sodium ion batteries
SELMA ECER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Medeniyet ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVDA AVCI
- Sodyum iyon piller için karbon takviyeli yenilikçi katot elektrotların sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of electrochemical properties of carbon reinforced innovative cathode electrode for sodium ion batteries
AYŞENUR ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER