Synthesis of dispersible lifepo4 particles with controlled size and morphology via polyol route
Poliol yöntemi ile kontrollü boyut ve morfolojiye sahip dağıtılabilir lifepo4 parçacıklarının sentezi
- Tez No: 762513
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SİMGE ÇINAR AYGÜN, PROF. BORA MAVİŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, 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: 139
Özet
Enerji depolamada yaygın kullanımlarına rağmen, yüksek maliyet ve güvenlik lityum iyon bataryalar (LIBs) için iki önemli endişe kaynağıdır. Yüksek verimli sentez sağlayan, güvenli, ölçeklendirilebilir, adapte edilebilir ve enerji verimli bir yöntemin eksikliği elektroaktif malzemelerin yüksek maliyetlerinin ana nedenlerindendir. Bu ihtiyaç, sadeliği ve ölçeklendirilebilirliği nedeniyle poliol sentez yöntemine olan ilgiyi arttırmıştır. Bununla birlikte LiFePO4 (LFP) nanoparçacıklarının poliol sentezi yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada, hiyerarşik ve dağıtılabilir LFP nanoparçacıklarını sentezlemek için ölçeklendirilebilir, güvenli, yüksek verimli, düşük sıcaklık poliol yöntemi kullanılmıştır. Sentez ortamı olarak yüksek zincirli poliollerin yaygın çözücü olarak kullanıldığı örneklerinin aksine, bu çalışmada daha yüksek polariteye ve daha düşük kaynama noktasına sahip etilen glikol kullanımı önerildi. Reaksiyon ortamındaki su miktarı, poliolün kaynama noktası ve kullanılan reaktantların çözünürlüğü arasındaki ilişki ortaya çıkarıldı. LFP kristallizasyonu 170 °C kadar düşük sıcaklıklarda gözlemlendi ve 9 saat reaksiyondan sonra %97 verim elde edildi. LFP parçacıklarının morfolojileri ve boyutları, yapıda lityum iyonunun hızlı difüzyonunu sağlamak, yüksek hacimsel enerji yoğunluğuna erişebilmek ve elektrot üretimi sırasında ortaya çıkabilecek operasyonel sorunları ortadan kaldırmak için kritik öneme sahiptir. Elektroaktif malzemelerde nano-boyut daha büyük boyutlarla kıyaslandığında hızlı reaksiyon kinetiğini sağlarken, süspansiyon viskozitesini arttırmakta, doldurma yoğunluğunu düşürmekte ve böylece hacimsel enerji yoğunluğunu azaltmaktadır. Nano-birimlerden oluşan hiyerarşik yapıların sentezi son zamanlarda ilgi görmektedir. Düşük süspansiyon viskozitesine, yüksek elektrokimyasal davranışa ve doldurma yoğunluğuna sahip dağıtılabilir hiyerarşik yapıların tasarlanması esastır. Bu tezde, sitrik asit ve askorbik asit, poliol yöntemi ile nano-boyutlu birincil birimlere sahip hiyerarşik mikrometre-altı boyutlu LFP parçacıklarının tasarlanması için kullanılmıştır. Sentezlenen tozların elektrokimyasal davranışı, dağıtılabilirliği, doldurma yoğunluğu ve süspansiyon viskoziteleri incelenmiştir. Hiyerarşik LFP parçacıklarının kullanılması, literatürde raporlanan nano-boyutlu parçacıklara kıyasla önemli ölçüde düşük süspansiyon viskozitelerinin elde edilmesine ve doldurma yoğunluğunda önemli bir iyileşmeye yol açmıştır.
Özet (Çeviri)
Despite their widespread use in energy storage, high cost and safety are two major concerns for lithium-ion batteries (LIBs). The lack of safe, scalable, robust, and energy-efficient methods enabling high yield synthesis is one of the main reasons for the high cost of electroactive materials. This need has driven an interest in polyol synthesis technique due to simplicity and scalability. As applied in the synthesis of LiFePO4 (LFP) nanoparticles, polyol methods have generally been performed at high temperatures. In this study, a scalable, safe, highly efficient, low temperature polyol process was developed to synthesize hierarchical, dispersible LFP nanoparticles. Unlike previous examples where high chain polyols were common solvents of choice, the use of higher polarity and lower boiling point ethylene glycol was proposed. The relationship between the amount of water in the reaction medium, the boiling point of the polyol and the solubility of the reagents used was revealed. LFP crystallization was observed at temperatures as low as 170 °C and 97% yield was attained after 9 hours of reaction at this temperature. The morphology and size of the LFP particles are critical to enable fast diffusion of lithium ion in structure, to achieve high volumetric energy density and to eliminate the potential processing problems during electrode fabrication. In electroactive particles, while the nano-size offers faster reaction kinetics compared to larger sizes, it increases the suspension viscosity, limits the tap density, and thus decreases the volumetric energy density. The synthesis of hierarchical particles having united structure constructed from nano-units, has recently gained attention. Designing dispersible hierarchical structures leading to low suspension viscosity, high electrochemical behavior and tap density is essential. In this thesis, citric acid and ascorbic acid were used to design hierarchical sub-micrometer sized LFP particles with nano-size primary units via polyol method. The electrochemical behavior, dispersibility, tap density and suspension viscosity of the synthesized powders were investigated. Using hierarchical LFP particles leads to significantly low suspension viscosities and remarkable increase in the tap density compared to its nanosized counterparts reported in literature.
Benzer Tezler
- Lityum iyon piller için baskı teknolojilerine uygun LFP/RGO katotların geliştirilmesi
Development of LFP/RGO cathodes suitable for print technologies for lithium ion batteries
MUSTAFA FURKAN SÖKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUD TOKUR
- Synthesis and characterization of water dispersible conjugated polymer nanoparticles
Suda dağılabilir polimer nanoparçacıklarının sentezi ve karakterizasyonu
VUSALA İBRAHİMOVA
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Bölümü
DOÇ. DR. DÖNÜŞ TUNCEL
- Design of functionalizable polymer coated magnetic nanoparticles for drug delivery applications
İlaç taşıma uygulamaları için fonksiyonelleştirilebilir polimer kaplı manyetik nanoparçacıkların tasarımı
YAVUZ ÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Polimer Bilim ve TeknolojisiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AMİTAV SANYAL
- Synthesis and characterizations of water dispersible hybrid nanoparticles based on spions and conjugated polymers for dual imaging applications
Spıon ve konjuge polimerlerin kullanımına dayanan suya karışabilen hibrit nanoparçacıkların iki yönlü görüntüleme uygulamları için sentezi ve karakterizasyonu
SİNEM GÜRBÜZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DÖNÜŞ TUNCEL