Şarj edilebilir Li-iyon piller için karbon esaslı Li2CuP2O7 katot elektrotlarının geliştirilmesi ve elektrokimyasal performanslarının incelenmesi
Enhancement of carbon-based Li2CuP2O7 cathodeelectrodes for rechargeable Li-ion batteries andinvestigation of their electrochemicalperformance
- Tez No: 866402
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZELİHA ERTEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Lityum iyon piller; sağlık sektöründen savunma endüstrisine, ulaşımdan iletişime kadar birçok farklı alanda yaygın bir şekilde kullanılmakta ve talepleri sürekli artmaktadır.Bu yüksek lisans tez çalışmasının öncelikli amaçları arasında, gelişen Li-iyon batarya sektöründe kullanılan yüksek maliyete sahip lityum bazlı gelişmiş ticari katot malzemelerinin yerine alternatif olarak kullanılabilecek daha az maliyetle üretilebilen Li2CuP2O7 katot aktif elektrot malzemesinin iletkenlik kaynağı olarak farklı karbon kaynakları kullanılarak elektrokimyasal performanslarının artırılması hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, yüksek elektriksel iletkenliğe sahip çeşitli grafen kaynakları kullanılarak hazırlanan katot elektrotların şarj-deşarj kapasiteleri ve çevrim ömürleri bu çalışmada ilk kez karşılaştırılmıştır. İletkenlik kaynağı olarak grafen, grafen oksit, indirgenmiş grafen oksit, karbon siyahı, karbon siyahı ve grafen karışımı (1:1) kullanılarak hazırlanan katot elektrotlarının, kullanılan toz grafen türevleri ve Li2CuP2O7`ın karakterizasyon testleri Raman Spektroskopisi, X-Işını Difraksiyonu (XRD), X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Brunauer–Emmett–Teller (BET) yüzey alanı ve gözeneklilik ölçüm yöntemleri kullanılarak detaylıanaliz edilmiştir. Karbon kaynaklarının elektrokimyasal performansları ise dönüşümlü voltametri (CV), kronopotansiyometri (galvanostatik şarj-deşarj) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri ile kullanılarak değerlendirilmiştir. CV ve EIS sonuçları, farklı karbon kaynaklarının elektron transferi ve Li+ difüzyonunda önemli farklılıklar olduğunu desteklemektedir. Bu çalışmada, lityum iyon pillerinde kullanılan aktif elektrot malzemelerinin yanı sıra iletkenlik dolgu malzemesi karbon kaynağının yüzey alanının, pil kapasitesi üzerinde büyük bir etkisi olduğunu göstermektedir. Katot elektrotların performansı, 20 mA/g akım yoğunluğunda 1. döngü deşarj değerleri açısından sıralandığında: grafen oksit (372 mAh/g) > karbon ve grafen karışımı (228 mAh/g) > grafen (196 mAh/g) > karbon siyahı (177 mAh/g) > indirgenmiş grafen oksit (25 mAh/g). Aynı şekilde, 30 mA/g akım yoğunluğunda 1. döngü deşarj değerleri açısından: grafen oksit (374 mAh/g) > grafen (266 mAh/g) > karbon ve grafen karışımı (84 mAh/g) > indirgenmiş grafen oksit (74 mAh/g) > karbon siyahı (26 mAh/g). Elde edilen sonuçlar, farklı karbon kaynaklarının Li-iyon pillerinde katot elektrot malzemesi olarak kullanılmasının enerji odaklı teknolojilere önemli bir katkı sunabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Lithium-ion batteries are widely used in various fields, from the healthcare sector to the defense industry, transportation, and communication, and their demand is constantly increasing. Among the primary objectives of this master's thesis work is to enhance the electrochemical performance of the Li2CuP2O7 cathode active electrode material, which can be produced at a lower cost as an alternative to high-cost lithium-based advanced commercial cathode materials used in the growing Li-ion battery sector. Concerning this objective, cathode electrodes prepared using high electrical conductivity various graphene sources have been compared for the first time in this study regarding their charge-discharge capacities and cycle lifetimes. The cathode electrodes, prepared with graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, carbon black and a 1:1 mixture of carbon black and graphene as conductivity sources, were characterized in detail, including the analysis of the graphene derivatives and Li2CuP2O7 material using various techniques such as Raman Spectroscopy,X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Scanning Electron Microscopy (SEM), as well as Brunauer-Emmett-Teller (BET) measurements for surface area and porosity. The electrochemical performance of carbon sources was carried out using techniques such as cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry (galvanostatic chargedischarge), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). CV and EIS results support significant electron transfer and Li+ diffusion differences among different carbon sources. In this study, it is indicated that the surface area of the conductivity agent carbon source has a significant impact on the capacity of active electrode materials used in lithium-ion batteries. When ranking the performance of the cathode electrodes based on the first cycle discharge values at a current density of 20 mA/g, the order is as follows: graphene oxide (372 mAh/g) > a mixture of carbon and graphene (228 mAh/g) > graphene (196 mAh/g) > carbon black (177 mAh/g) > reduced graphene oxide (25 mAh/g). Similarly, at a current density of 30 mA/g for the first cycle discharge values: graphene oxide (374 mAh/g) > graphene (266 mAh/g) > a mixture of carbon and graphene (84 mAh/g) > reduced graphene oxide (74 mAh/g) > carbon black (26 mAh/g). The obtained results indicate that using different carbon sources as cathode electrode materials in Li-ion batteries could significantly contribute to energy-focused technologies.
Benzer Tezler
- Lityum iyon piller için fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile metaloksit-karbon kompozit anotların geliştirilmesi
Development of metaloxide-carbon composite anodes by physical vapor deposition method for lithium ion batteries
ÖZGÜR CEVHER
Doktora
Türkçe
2014
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATEM AKBULUT
- Nano kristalin kalay ve kalay esaslı alaşımların sentezi ve sodyum iyon pil uygulamaları
Production of nanocrystalline tin and tin based alloys and na-ion battery applications
MUSTAFA MAHMUT SİNGİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Lityum iyon piller için üç boyutlu grafen/karbon nanotüp/silisyum nanokompozit anotların geliştirilmesi
Development of three-dimensional graphene/carbon nanotube/silicon nanocomposite anodes for lithium-ion batteries
SELİN DEMİRCİ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Nano kristalin kalay grafen esaslı nano kompozit anot elektrotlarının üretimi ve Li-iyon pil uygulamaları
Production of nano crystalline tin-graphene based nano composite anode electrodes and Li-ion battery applications
ASLIHAN ERDAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Engineering M-Si (M:Ag,Cu) thin films as negative electrodes for lithium ion batteries
Lityum iyon bataryalarda negatif elektrot olarak kullanımları için M-Si (M:Ag,Cu) ince filmlerin tasarlanması
BİLLUR DENİZ KARAHAN
Doktora
İngilizce
2016
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜL KELEŞ