Strategies to improve the cathode performance for MnO2/Zn and nimh batteries
MnO2/Zn ve nimh bataryalar için katot geliştirme stratejileri
- Tez No: 848568
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- 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: Belirtilmemiş.
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
- Computational investigation of battery materials using density functional theory
Yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak pil malzemelerinin hesaplamalı incelenmesi
DOAA AASEF AHMED AHMED
Doktora
İngilizce
2023
EnerjiSakarya ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞRUL ÇETİNKAYA
- 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
2020
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN KIZIL
- 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
- Improvement of it-SOFC by tailoring the microstructure of lscf cathode and gdc electrolyte
LSCF katot ve gdc elektrolitinin mikroyapısının modifiye edilmesiyle OS-KOYH performansının iyileştirilmesi
CAN SINDIRAÇ
Doktora
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT AKKURT
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
- Lityum-iyon pillerde nano yapılı LiFePO4/C ve LiMxFe1-xPO4/C katot materyallerin sentezi
Synthesis of nano structured LiFePO4/C and LiMxFe1-xPO4/C cathode materials for lithium-ion batteries
AHMET ÖRNEK
