Elektrikli araç batarya paketlerinde polimer nanokompozit malzeme kullanımlarının araştırılması
Investigation of the uses of polymer nanocomposite materials in electric vehicle battery packs
- Tez No: 926425
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL AKKOYUN KURTLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Bu tez çalışmasında, elektrikli araç (EV) batarya paketlerinde kullanılmak üzere hibrit polimer nanokompozitler geliştirerek, bu nanokompozitlerin termal ve mekanik özelliklerinin iyileştirirken elektriksel yalıtımlarının korunması hedeflenmiştir. Elektrikli araçlara olan talep arttıkça, düşük menzil ve batarya performansı gibi temel sorunların çözülmesi önemli hale gelmiştir. Bu soruna karşı geliştirilebilecek çözümlerden biri de aracın ağırlığını azaltmaktır. Böylelikle enerji tüketimi azalacak ve batarya ömrü artabilecektir. Bu amaçla, hafif, maliyet açısından uygun ve geri dönüştürülebilir polimer nanokompozitlerin, otomotiv üretiminde kullanılan geleneksel ağır metallerin yerine bir alternatif olabilmeleri önem kazanmıştır. Bu çalışmada, polimer matris olarak polipropilen (PP) seçilmiştir. İlk aşamada, PP'nin termal iletkenliğini ve mekanik dayanımını artırmak amacıyla eşit miktarlarda hegzagonal bor nitrür (hBN) ve silisyum karbür (SiC) katkıları, farklı toplam ağırlıkça oranlarda (%20, %40 ve %50) PP matris içerisine eklenerek PP/hBN/SiC nanokompozitler üretilmiştir. İkinci aşamada ise, katkıların polimer matrisi ile uyumunu artırabilmek ve nanokompozit yapının nihai özelliklerini iyileştirmek amacı ile, hBN ve SiC parçacıklarının tetraetil ortotitanat (Ti) ile kaplandığı PP/Ti/hBN/Ti/SiC polimer nanokompozit numuneler de benzer ağırlıkça oranları (%20, %40 ve %50) ile üretilmiştir. Numuneler, mekanik karıştırma ve basınçlı kalıplama yöntemleri ile karakterizasyon yöntemlerine uygun olarak hazırlanmışlardır. Bu çalışma, polipropilen matrisine hexagonal bor nitrür ve silisyum karbür katkılarının eklenmesinin, malzemenin mekanik, termal, elektriksel ve yangın dayanım özellikleri üzerinde önemli iyileşmeler sağladığını göstermektedir. Katkı oranı arttıkça, polipropilenin elastik modülü %57 oranında artmış ve mekanik sertlik belirgin şekilde iyileşmiştir; ancak %40 ve %50 gibi yüksek katkı oranlarında bazı mekanik özelliklerde azalmalar gözlemlenmiştir. Ayrıca, titanat uyumlaştırıcı ajanının katkı maddelerinin homojen dağılımını sağlayarak esneklik ve darbe dayanımını artırdığı da bulunmuştur. Çekme dayanımında, özellikle %40 ve %50 katkı oranlarında belirgin azalma gözlemlenirken, titanat kaplamalı numunelerde çekme dayanımı daha az düşmüştür. Termal analizler, katkıların PP'nin ısıl özelliklerini iyileştirirken, aşırı katkı oranlarının olumsuz etkiler yaratabileceğini de göstermiştir. Termal iletkenlik, %20 hBN/SiC katkılı numunelerde saf PP'ye kıyasla %216 artarken, titanat kaplamalı numunelerde bu artış %248'e çıkmıştır. Bu sonuçlar, polipropilen bazlı nanokompozitlerin endüstriyel uygulamalar için potansiyel taşıdığını ve optimizasyon gerekliliğini vurgulamaktadır. Bu çalışma, Doç. Dr. Meral AKKOYUN KURTLU'un yürütücüsü olduğu 223M505 numaralı TÜBİTAK 1002-A projesi kapsamında tamamlanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, it was aimed to develop hybrid polymer nanocomposites for use in electric vehicle (EV) battery packs and to improve the thermal and mechanical properties of these nanocomposites while preserving their electrical insulation. Since the demand for electric vehicles is growing, addressing key issues such as limited driving range and battery performance becomes increasingly important. One of the primary challenges contributing to this issue is the weight of the vehicle, which directly increases energy consumption and battery life. Reducing vehicle weight is a promising solution, and lightweight, cost-effective, and recyclable polymer composites offer an alternative to traditional heavy metals used in automotive manufacturing. In this study, polypropylene (PP) was selected as the polymer matrix. In the first stage, to increase the thermal conductivity and mechanical strength of PP, equal amounts of hexagonal boron nitride (hBN) and silicon carbide (SiC) fillers were added to the PP matrix at different total weight ratios (20%, 40% and 50%) to produce PP/hBN/SiC nanocomposites. In the second stage, to improve the compatibility of the additives with the polymer matrix and to improve the final properties of the nanocomposite structure, PP/Ti/hBN/Ti/SiC polymer nanocomposite samples in which hBN and SiC particles were coated with tetraethyl orthotitanate (Ti) were produced at similar weight ratios (20%, 40% and 50%). The samples were prepared in accordance with the characterization methods by mechanical mixing and compression molding techniques. This study demonstrates that the addition of hexagonal boron nitride and silicon carbide nano fillers to the polypropylene matrix leads to significant improvements in the material's mechanical, thermal, electrical, and fire resistance properties. As the filler content increased, the elastic modulus of polypropylene improved by 57%, and mechanical stiffness was notably enhanced. However, some mechanical properties were observed to decrease at higher filler concentrations, such as 40% and 50%. Additionally, the use of titanate coupling agents was found to promote a more homogeneous distribution of the fillers, improving flexibility and impact resistance. Tensile strength showed a significant decrease, particularly at 40% and 50% filler concentrations, but the tensile strength of titanate-coated samples decreased less. Thermal analyses showed that the fillers improved the thermal properties of PP, while excessively high filler contents could lead to adverse effects. It is observed that, thermal conductivity increased by 216% for the 20% hBN/SiC-filled samples compared to pure PP, and this increase reached 248% for the titanate-coated samples. These results highlight the potential of polypropylene-based nanocomposites for industrial applications and emphasize the need for optimization. This study was completed within the scope of TUBITAK 1002-A project numbered 223M505, whose director is Assoc. Prof. Dr. Meral AKKOYUN KURTLU.
Benzer Tezler
- Polimer kompozit esaslı Li-ion batarya paketlerinin geliştirilmesi ve özelliklerinin araştırılması
Improvement of polymer composite based Li-ion battery packs and investigation of their properties
GÖRKEM YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Polimer Bilim ve TeknolojisiBursa Teknik ÜniversitesiLif ve Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL AKKOYUN
- Contributions to short-circuit protection of electric vehicle battery systems by implementing SiC switches
SiC anahtar uygulaması ile elektrikli araç batarya sistemlerinin kısa devre korumasına katkılar
MURAT KUBİLAY ÖZGÜÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ
- Modelling and state of charge estimation for lithium-ion batteries
Lityum-iyon bataryalarda modelleme ve şarj durumu kestirimi
OZAN ÖZAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OVSANNA SETA ESTRADA
- The lifespan comparison of an NMC811 pouch cell based high voltage battery with silicone and polyurethane foam usage
NMC811 poşet hücre tabanli bir yüksek voltajli bataryada silikon ve poliüretan sünger kullaniminin ömür karşilaştirmasi
SERHAT SOYER
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURGUT GÜLMEZ
- Elektrikli araç alüminyum batarya kutusunun dinamik analizi ve tasarım parametrelerinin iyileştirilmesi
Dynamic analysis and improvement of design parameters for electric vehicle aluminum battery box
YALÇIN ŞENSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEVDA TELLİ ÇETİN