Vanadyum dioksit temelli malzemeler ile çinko iyon batarya katotlarının geliştirilmesi
Development of zinc-ion battery cathodes with vanadium dioxide-based materials
- Tez No: 883215
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP YÜKSEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrokimya ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 135
Özet
Çinko iyon piller, enerji depolama cihazlarında, yüksek enerjili pillerde ve enerji depolama büyük ölçekli elektrik şebekesinde geniş uygulama alanına sahip olan çevre dostu, toksik olmayan, iyi güvenlik, düşük fiyat ve bol metalik Zn kaynakları nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Sulu ZIB'ler de hafif asidik elektrolit çözeltileri kullanıldığı için glovebox veya yüksek saflıkta organik solventlere ihtiyaç duymadan ortam koşullarında üretilebilirler, bu nedenle ZIB'lerin ölçeklenebilir üretimi diğer pil teknolojilerine kıyasla çok hızlı ve uygun maliyetlidir. İkincil şarj edilebilir pil olarak, Zn iyon piller genellikle anot olarak metalik Zn ve katot olarak vanadyum/mangan bazlı veya Prusya mavisi benzeri bileşikler kullanır. Bu nedenle, yetenekli bir katodun keşfedilmesi, Zn iyon pillerin elektrokimyasal performansını önemli ölçüde artırabilir. Vanadyum elementinin çok değerliliği nedeniyle, vanadyum bazlı oksitlerin Zn iyon piller için katot olarak kullanımı uygun olacaktır. Bununla birlikte, vanadyum oksitler, düşük elektronik iletkenliğe, tatmin edici olmayan döngü performansına ve zayıf hız kabiliyetine sahip olup, Zn iyon pillerde uygulamalarını engeller. Çeşitli vanadyum bazlı oksitler arasında vanadyum dioksitin monoklinik fazı (VO2(M)) metal-yalıtkan-geçiş (MIT) özelliğine sahiptir ve 68 oC civarında rutil faza ((VO2(R)) dönüşür. MIT özelliği sayesinde VO2'nin iletkenliği önemli ölçüde artar ve elektrokimyasal özellikler de iyileşir. Bu çalışmada, VO2 tabanlı katotlara sahip yüksek performanslı ZIB cihazları üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Üretilen ZIB'ler, VO2 katotlarının MIT özelliği nedeniyle gelişmiş elektrokimyasal enerji depolama özelliklerine sahiptir. Sulu ZIB'lerde kullanılmak üzere düşük maliyetli ve çözelti bazlı yöntemlerle sentezlenen vanadyum dioksit bazlı malzemeler ve bunların grafen oksit kompozitlerinin belirgin avantajlar göstermesi bu tezin ana konusunu oluşturmuştur. Sulu ZIB'lerde kullanılmak üzere düşük maliyetli ve çözelti bazlı yöntemlerle sentezlenen vanadyum dioksit bazlı malzemeler ve bunların grafen oksit kompozitlerinin belirgin avantajlar göstermesi bu tezin ana konusunu oluşturmuştur. Bu bağlamda, ısıyla aktive olan VO2 ve bunların grafen oksit kompozitleri, yüksek performanslı katotlarda ve sulu Zn-iyon pil cihazlarında kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Zinc ion batteries have attracted great interest due to their environment-friendliness, non-toxic, good safety, low-price, and abundant metallic Zn resources, possessing extensive application in the fields of energy-storage devices, high-energy batteries, and the large-scale electric grid. Aqueous ZIBs use mildly acidic electrolyte solutions, so they can be fabricated under ambient conditions without the need for a glovebox or high-purity organic solvents, so the scalable production of ZIBs is very rapid and cost-effective compared to other battery technologies. As a secondary rechargeable battery, Zn ion batteries usually use metallic Zn as the anode and vanadium/manganese-based or Prussian blue analogous compounds as the cathodes. Thus, exploring a capable cathode could remarkably enhance the electrochemical performance of Zn ion batteries. Vanadium-based oxides would be suitable as cathodes for Zn ion batteries owing to the multi-valence of vanadium element. However, vanadium oxides suffer a low electronic conductivity, unsatisfactory cycling performance, and poor rate ability, hindering their application in Zn ion batteries. Among various vanadium-based oxides, the monoclinic phase of vanadium dioxide (VO2 (M)) has a metal-insulator-transition (MIT) property, and it is converted to rutile phase ((VO2 (R)) around 68 oC. Thanks to the MIT property, the conductivity of VO2 is significantly increased, and the electrochemical properties are also improved. In this work, high performance ZIB devices with VO2-based cathodes were fabricated and characterized. The fabricated ZIBs had improved electrochemical energy storage properties due to the MIT feature of VO2 cathodes. Vanadium dioxide based materials and their graphene oxide composites that were synthesized via low-cost and solution-based methods to be used in aqueous ZIBs to show distinct advantages, which was the main subject of this thesis. In this regard, heat-activated VO2 and their graphene oxide composites were used in high performance cathodes and aqueous Zn-ion battery devices.
Benzer Tezler
- Heteroatom katkılı vanadyum dioksit malzemeler ile sulu çinko iyon batarya katotlarının geliştirilmesi
Development of aqueous zinc ion battery cathode with heteroatom doped vanadium oxide materials
SELAY AYDIN ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrokimya ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP YÜKSEL
- Fotoelektrokimyasal sistemler için ileri malzemeler geliştirilmesi: Üretim, karakterizasyon ve sistem entegrasyonu
Development of advanced materials for photoelectrochemical systems: Production, characterization and integration
ALİHAN KUMTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SANKIR
- Sıcaklık ile ayarlanabilir vanadyum oksit temelli nanofotonik yapılar
Temperature tunable vanadium oxide based nanophotonic structures
MEHMET CİHAN ÇAKIR
Doktora
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET SAĞLAM
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Investigation of the effects of thickness on the metal-insulator transition in vanadium dioxide nanocrystals, and development of a novel vanadium dioxide Mott field-effect transistor
Vanadyum dioksit nanokristallerinde kalınlığın metal-yalıtkan faz geçişi üzerine etkisinin incelenmesi, ve yeni bir tür vanadyum dioksit Mott alan-etkisi transistörünün geliştirilmesi
MUSTAFA MOHIELDIN FADLELMULA FADLELSEED
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TALİP SERKAN KASIRGA
- Crystal growth and investigations on the effects of hydrogen doping of Vo 2
Vo 2 kristal büyütmesı ve hidrojen ile katkılanmasının üzerine incelemeler
KORAY YAVUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TALİP SERKAN KASIRGA