Nanomalzeme katkılı gözenekli silisyum üretimi ve lityum iyon pillerde performanslarının incelenmesi
Production of nanomaterial-doped porous silicon and examination of their performance in lithium-ion batteries
- Tez No: 926210
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİH BEŞİR ARVAS
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Enerji, Chemistry, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde enerji üretimi ve tüketimi arasındaki fark hızla artmaktadır. Bu enerji talebini karşılamak için enerjinin uygun şekilde depolanması gerekmektedir. Bu sebeple enerji depolama sistemlerine ihtiyaç vardır. Bu sistemlerin yüksek enerji yoğunluğuna ve depolama kapasitesine sahip olması beklenir. Enerji talebindeki hızlı artışı karşılayabilmek için yüksek enerji depolama, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun çevrim ömrüne sahip lityum iyon bataryalara talep her geçen gün artmaktadır. Li-iyon bataryalar, uzun çevrim ömrüne, % 90'ın üzerinde yüksek enerji verimliliğine, yüksek enerji yoğunluğuna (>150 Wh/kg) ve yüksek çalışma potansiyeline sahiptir. Birçok avantaja sahip olmasına rağmen lityum iyon bataryalar, elektrikli araçlar başta olmak üzere gelişen teknoloji ile birlikte yüksek enerji yoğunluğu talebini ve kapasitesini karşılayamamaktadır. Lityum iyon bataryalarda, pil performansı büyük ölçüde kullanılan elektrot malzemesinin türüne bağlıdır. Çeşitli katot elektrot kullanılarak performansında iyileştirme yapılan çalışmalarda anot elektrot olarak ticari grafit kullanılmaktadır. Fakat grafit sınırlı teorik kapasiteye (372 mAh/g) sahiptir. Daha yüksek teorik kapasite ve yüksek şarj/deşarj oranına sahip alternatif anot elektrot malzemeler geliştirilmiştir. Yeni nesil anot elektrotlar arasından rezervinin bol ve çevre dostu olması ayrıca yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek teorik kapasiteye (4200 mAh/g) sahip olan silisyumun LİB'ler için umut vericidir. Silisyum yüksek kapasiteye sahip olmasına rağmen, şarj/deşarj sırasında anot yüzeyinde yüksek hacim değişimine sahiptir. Hacim değişimi yüksek iç strese, silisyumun parçalanmasına ve dengesiz bir katı elektrolit ara yüzeyi oluşmasına dolayısıyla ilk döngüden itibaren hızlı kapasite düşmesine neden olmaktadır. Yüksek lisans tez çalışmasında, kristal silisyumdan gözenekli silisyum sentezlenmiş ve gözenekli silisyumu iki boyutlu malzemelerle katkılayarak kompozit anot malzemeler üretilmiştir. Yapılan çalışmada silisyumun bahsedilen problemlerini büyük ölçüde azaltmak hedeflemiştir. Tez kapsamında farklı gözenek boyutlarında, gözenekli silisyum üretmek ve bu malzemeye çeşitli iki boyutlu nanomalzemeler katkılayarak silisyum taneciklerinin tabakalar arasına dağılması bu sayede hacim genişlemesi probleminin azaltılması ve lityum iyon batarya kapasitesini arttırmak amaçlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Nowadays, the difference between energy production and consumption is increasing rapidly. To meet this energy demand, energy must be stored appropriately. For this reason, energy storage systems are needed. These systems are expected to have high energy density and high storage capacity. To meet the rapid increase in energy demand, the demand for lithium-ion batteries with high energy storage, high energy density, and long cycle life is increasing daily. Li-ion batteries have a long cycle life, high energy efficiency of over 90%, high energy density (> 150 Wh/kg), and high operating potential. Despite having many advantages, lithium-ion batteries cannot meet the high energy density demand and capacity with the developing technology, especially in electric vehicles. In lithium-ion batteries, battery performance largely depends on the type of electrode material used. Commercial graphite is used as the anode electrode in studies where performance improvements by using various cathode electrodes. However, graphite has a limited theoretical capacity (372 mAh/g). Alternative anode electrode materials with higher theoretical capacity and high charge/discharge rates have been developed. Among the new generation anode electrodes, silicon, which has abundant reserves and is environmentally friendly, has high energy density and theoretical capacity (4200 mAh/g) and is promising for LIBs. Although silicon has a high capacity, it has a high volume change on the anode surface during charge/discharge. Volume change causes high internal stress, fragmentation of the silicon, and the formation of an unstable solid electrolyte interface, thus causing rapid capacity loss from the first cycle. In the master's thesis study, porous silicon was synthesized from crystalline silicon, and composite anode materials were produced by doping porous silicon with two-dimensional materials. The study aimed to significantly reduce the previously mentioned issues related to silicon. The thesis aimed to produce porous silicon with different pore sizes and doping this material with various two-dimensional nanomaterials, dispersing the silicon particles between the layers, thus reducing the volume expansion problem and increasing the lithium-ion battery capacity.
Benzer Tezler
- Pomza katkılı hidroksiapatit nano-tozların sentezi ve kemik onarımı için araştırılması
Synthesis of pumice doped hydroxyapatite nano- powders and investigation for bone repair
SÜMEYRA USLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyomühendislikNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA ZEHRA KOÇAK
- CNT/TiO2 ile kompozit membran hazırlama ve karakterizasyonu
Composite membrane preparation with CNT/TiO2 and characterization
MUTLU AYDIN
- İlaç taşıyıcı olarak halloysit içeren nanosüngerlerin tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu
Design, synthesis and characterization of halloysite containing nanosponges as drug carrier
BURCU AKAR
- Fabrication of porous pure and AG doped hydroxlapatite coating with antibacterial properties elektrostatic sprey pyrolysis method
Elektrostatik sprey yöntemi ile hiroksiapatit esaslı saf ve gümüş katkılı antibakteriyal biyoseramik gözenekli kaplamaların geliştirilmesi
ÖZKAN GÖKÇEKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CELALETDİN ERGUN
- Lityum iyon pilleri için elektron demeti ile fiziksel buhar biriktirme (EBPVD) yöntemi kullanılarak ince film anot malzemesi üretimi ve karakterizasyonu
The characterization of thin film anodes for lithium ion batteries prepared by electron beam physical vapor deposition
FEYZA DENİZLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜL KELEŞ