Grafen destekli MnO2 esaslı hibrit nanokompozitlerin sentezlenmesi ve elektrokimyasal özelliklerinin karakterizasyonu
Synthesis of graphen-supported MnO2-based hybrid nanocomposides and characterization of electrochemical properties
- Tez No: 745652
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Energy, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 143
Özet
Yaşam tarzımızı tamamen değiştiren teknolojik cihazlar enerji ihtiyacını da beraberinde getirmiştir. Günlük hayatımızı en çok etkileyen enerji kaynağı olan şarj edilebilir lityum-iyon pil teknolojisini gelişmesinde katkılarından dolayı John B.Goodenough, M. Stanley Whittingham ve Akira Yoshino bu nedenle 2019 yılı Nobel kimya ödülünü almaya hak kazanmıştır. Ancak lityum- iyon piller sadece taşınabilir cihazlar değil, elektrikli araçlar ve sürdürülebilir enerji kaynakları arasında da kullanılabilmesi için geliştirilmeye mecburdur. Tipik bir ticari lityum iyon pilde 372 mAh/g'lık spesifik kapasiteye sahip grafit anot ve 137 mAh/g'lık spesifik kapasiteye sahip lityum kobalt oksit katot kullanılmaktadır. Geleceğin enerji kaynağı olarak kullanılması hedeflenen lityum-iyon pillerden ise daha yüksek enerji kapasitesi, daha düşük maliyet, çevreyle dost malzeme kullanımı ve zararsız üretim yöntemleri talep edilmektedir. Bu doktora tez çalışmasında lityum-iyon piller için yüksek performanslı ve uzun ömürlü katotları düşük maliyet ile üretebilmek için aktif malzeme olarak MnO2 seçilmiştir. Farklı MnO2 polimorfları hafif kimyasal yöntem olan mikrodalga destekli hidrotermal yöntem ile üretilmiştir. Destek malzemesi olarak üstün özellikler gösteren grafen seçilmiştir. Grafen, modifiye edilmiş Hummers yöntemi ile üretilen grafen oksitin kimyasal ve termal indirgenmesi ile iki farklı yöntem kullanılarak elde edilmiştir. Üretilen MnO2 polimorfları indirgenmiş grafen oksitler ile kombine edilerek serbest elektrot formunda hazırlanmıştır. Elde edilen serbest elektrot formundaki katotların elektrokimyasal testleri yarı hücrede gerçekleştirilerek en iyi performansa sahip katot AKİGO olarak(321 mAh/g) belirlenmiştir. Seçilen katoda Co katkılaması ve karbon kaplama işlemleri uygulayarak katot performansı iyileştirilmiştir. Optimize edilen katot LTO anot ile birleştirilerek tam hücredeki performansı 324 mAh/g'lık ilk deşarj kapasitesi elde edilmiştir. Tam hücre testleri ardından pil açılarak çevrim sonrası katot ve anot yapısı incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
Technological devices that have completely changed our lifestyle have brought the need for energy. John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham and Akira Yoshino were awarded the 2019 Nobel chemistry prize for their contributions to the development of rechargeable lithium-ion battery technology, which is the energy source that most affects our daily lives. However, lithium-ion batteries have to be developed in order to be used not only in portable devices, but also in electric vehicles and sustainable energy sources. A typical commercial lithium-ion battery uses a graphite anode with a specific capacity of 372 mAh/g and a lithium cobalt oxide cathode with a specific capacity of 137 mAh/g. Higher energy capacity, lower cost, use of environmentally friendly materials and harmless production methods are demanded from lithium-ion batteries, which are aimed to be used as the energy source of the future. In this doctoral thesis, MnO2 was chosen as the active material in order to produce durable and high-performanced cathodes for lithium-ion batteries at low cost. Different MnO2 polymorphs were produced by the mild chemical method, microwave assisted hydrothermal method. Graphene with superior properties was chosen as the support material. Graphene was obtained by using two different methods, by chemical and thermal reduction of graphene oxide produced by the modified Hummers method. The produced MnO2 polymorphs were combined with reduced graphene oxides to form free electrodes. The electrochemical tests of the free electrode form cathodes were carried out in a half cell and the cathode with the best performance was determined as AKİGO (321 mAh/g). Cathode performance is improved by applying Co doping and carbon coating processes to the selected cathode. The optimized cathode is combined with the LTO anode, resulting in an initial discharge capacity of 324 mAh/g in full-cell performance. After the full-cell tests, the battery was opened and the post-cycle cathode and anode structure was examined.
Benzer Tezler
- Mangan oksit bazlı monodispers-gözenekli mikrokürelerin sentezi ve enerji bazlı uygulamaları
Synthesis and energy based applications of monodisperse-porous manganese oxide based microspheres
RUKİYE BABACAN TOSUN
Doktora
Türkçe
2023
EnerjiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ALİ TUNCEL
- Grafen destekli NCA katot elektrotlarının sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of electrochemical properties of graphene supported NCA cathodes
ECEM BERBERİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Grafen destekli aminometilfosfin ligantları ve Pd(II), Pt(II) komplekslerinin sentezi, vitamin K3 sentezinde katalitik özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of graphene supported bis(diphenylphosphinomethyl)amino ligands and their Pd(II) and Pt(II) complexes: Highly efficient and recoverable nano-catalysts on vitamin K3 production
MAHMUT ÇAYLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
KimyaKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAN URUŞ
- Ferrosen türevleri ile fonksiyonelleştirilmiş grafen bileşiklerinin sentezi karakterizasyonu ve düşük sıcaklıklar da H2O2 aktivasyonunun incelenmesi
Synthesis characterization of graphene compounds functionalized with ferrocene derivatives and investigation of H2O2 activation at low temperatures
FATİH ÇEVİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN CEYHAN
- Jüt fiber takviyeli grafen destekli kompozit malzeme üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production of jute fiber reinforced graphen supported composite material and investigation of the mechanical properties
SEFA SÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SİNAN ÖKTEM