Geri Dön

Strategies to improve the cathode performance for MnO2/Zn and nimh batteries

MnO2/Zn ve nimh bataryalar için katot geliştirme stratejileri

  1. Tez No: 848568
  2. Yazar: NECDET ÖZGÜR DARICIOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 167

Özet

Bu tez, enerji depolamanın modern dünyamızdaki kilit rolünü ele almakta olup, MnO2/Zn ve NiMH alkalin piller üzerine odaklanmaktadır. Bu araştırmayı yönlendiren iki temel amaç bulunmaktadır. Bu amaçlar: MnO2 katot kompozisyonunun iyileştirilmiş şarj edilebilirlik için optimize edilmesi ve NiMH pil katotlarında performansın geliştirilmesi ve pilin ucuzlatılması için kobaltın uygun maliyetli karbon ile değiştirilmesidir. İlk amaca ulaşmak için MnO2 yapısında Bi, Na ve Ni kullanılarak modifikasyonlar yapılmıştır. Bu modifikasyonlar kombinatoryal bir yaklaşımla sıçratmalı çöktürme sistemi kullanılarak yapılmıştır. Sonuçlar, Bi0.08Na0.39Ni0.09Mn0.44Ox gibi umut verici katot kompozisyonlarını göstermekte olup, bu kompozisyonlar geri dönüşümlü özellikler sergilemekte ve geri dönüşebilir kapasite açısından saf MnO2 katotlara göre iki katından fazla bir kapasite göstermektedir. NiMH pil katotları bağlamında, çeşitli karbon katkı maddeleri ve karıştırma teknikleri ile geleneksel çamur yöntemleri kullanılmıştır. Çalışma, optimal performans elde etme konusundaki zorluklara dikkat çekerek, uygun karbon katkı maddeleri seçiminin önemini vurgulamaktadır. En iyi performans gösteren katot, dispersiyon yöntemi kullanılarak karbon siyahı ile plazma siyahını birleştirmektedir. Ancak, tüm karbon içeren katotlar, kobalt içeren katot performansının altında kalmaktadır. Elektrokimyasal ve yapısal incelemeler, karşılaşılan zorluklara dair içgörüler sunmakta olup, zayıf temas, yetersiz yüzey kaplaması ve kobaltın eksikliği gibi sorunları ortaya çıkarmaktadır. Çalışma, kobalt içermeyen katotların gelişimine ışık tutmakta ve γ-NiOOH oluşumu, oksijen evrim reaksiyonu gibi sorunları ele almak için iyileştirilmiş elektrot üretim yöntemleri ve yeni katkı maddelerine duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır. Sonuç olarak bu araştırma, MnO2/Zn ve NiMH alkalin pillerin elektrokimyasal performansını ve maliyet etkinliğini artırmak için değerli bulgular sunmakta olup, enerji depolama teknolojilerinin ilerlemesi için potansiyel çözümler sunmaktadır.

Özet (Çeviri)

This thesis addresses the pivotal role of Energy Storage in our modern world, focusing on MnO2/Zn and NiMH alkaline batteries. Two primary objectives guide this research: optimizing MnO2 cathode composition for enhanced rechargeability and replacing cobalt with cost-effective carbon in NiMH battery cathodes for improved performance and affordability. To achieve the first objective, a combinatorial approach using magnetron sputtering is adopted to modify MnO2 structure with Bi, Na and Ni. Results show promising cathode compositions, such as Bi0.08Na0.39Ni0.09Mn0.44Ox, exhibiting reversible characteristics and outperforming pure MnO2 cathodes by over double in terms of reversible capacity. In the context of NiMH battery cathodes, conventional slurry methods are employed with various carbon additives and blending techniques. The study identifies challenges in achieving optimal performance, highlighting the importance of selecting appropriate carbon additives. The best-performing cathode combines carbon black with plasma black using the dispersion method. However, all carbon bearing cathodes fall short of cobalt bearing cathode performance. Electrochemical and structural investigations provide insights into the challenges faced, revealing issues with poor contact, insufficient surface coverage, and the absence of cobalt. The study sheds light on the development of cobalt free cathodes, emphasizing the need for improved electrode production methods and new additives to address challenges such as γ-NiOOH formation and oxygen evolution reaction. In conclusion, the research contributes valuable findings for enhancing the electrochemical performance and cost-effectiveness of MnO2/Zn and NiMH alkaline batteries, offering potential solutions for advancing energy storage technologies.

Benzer Tezler

  1. Computational investigation of battery materials using density functional theory

    Yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak pil malzemelerinin hesaplamalı incelenmesi

    DOAA AASEF AHMED AHMED

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    EnerjiSakarya Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUĞRUL ÇETİNKAYA

  2. Development of cathode and interlayer materials for high performance lithium sulfur batteries

    Yüksek performanslı lityum sülfür pillerin katot ve seperatör kısmında malzeme geliştirmeleri

    MMARYAM SADAT KİAİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN KIZIL

  3. İkincil lityum iyon piller için çift aktif malzemeli katotların geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and chracterization of dual active material cathodes for secondary lithium ion batteries

    EZGİ YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    EnerjiHitit Üniversitesi

    İleri Malzemeler ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖNCÜ AKYILDIZ

  4. Lityum iyon pillerde katot aktif madde olarak kullanılan lifepo4 bileşiğinin iletkenliğinin artırılması

    Improving the conductivity of lifepo4 as cathode active materials used for lithium ion batteries

    SERKAN ŞEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    KimyaErciyes Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞABAN PATAT

  5. Design of boron doped (nickel manganese cobalt containing) NMC 811 cathode active materials

    Bor katkılanmış (nikel mangan kobalt içeren) NMC811 katot aktif malzemelerinin tasarımı

    İBRAHİM CAN TOPAKTAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ