Geri Dön

Sodyum-iyon bataryalarda kullanılacak antimon/karbon anot bileşiklerine elektrolit etkisinin incelenmesi

Investigation of electrolyte effect on antimony/carbon anode compounds to be used in sodium-ion batteries

PDF İndir

  1. Tez No: 928042
  2. Yazar: SELÇUK İDECİ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. REZAN DEMİR ÇAKAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 104

Özet

Son yıllarda, sodyum iyon piller (SIP'ler), sodyum elementinin doğada bol miktarda bulunması ve düşük maliyeti nedeniyle Li-iyon pil sistemlerine alternatif olarak ön plana çıkmaktadır. Ancak, sahip oldukları zorluklar ticarileştirilmelerini büyük oranda kısıtlamaktadır. SIP'in pratik uygulamalar için asıl sorunu, yüksek geri dönüşümlü kapasite, uzun çevrim ömrü ve mükemmel hız performansı sunabilen sınırlı alternatif anot malzemelerinin olmasıdır. Bu nedenle, SIP'in performansını artırmak için yeni anot malzemelerinin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Antimon (Sb), uygun sodyum eklenme reaksiyonunda ve tamamen sodasyonda (Na3Sb) 660 mAh/g teorik kapasitesine sahip olduğu için potansiyel bir anot malzemesi olarak dikkat çekmektedir. Ancak, böyle bir alaşım reaksiyonu, antimon anot malzemelerin ciddi hacim değişimleriyle (%390) sonuçlanmaktadır. Bu tip problemlerin önüne geçmek için antimon içeren karbon kompozit anotlar geliştirilmiştir. Sb'nin karbon matrisine gömülmesinin elektrokimyasal performansları artırmak için etkili yöntemlerden biri olarak görüldüğü geniş bir şekilde kabul edilmektedir. Karbon matris, hacim genişlemesini karşılamak için elastik bir tampon tabakası sağlayarak aktif malzemelerin şarj-deşarj süreci sırasında bir araya gelmesini önler ve bu da aktif malzemelerin döngü sırasında kararlılığını artırır. Anot hazırlanması sırasında kullanılan bağlayıcı da pil performansını oldukça etkiler. Bağlayıcı, elektrotun aktif malzemelerini bir arada tutar ve akım toplayıcıya sabitleyerek elektronların geçişine olanak sağlar ve dolayısıyla pil performansının artmasına katkıda bulunur. Uygun bağlayıcının seçimi pilin çevrim kararlılığı açısından oldukça önemlidir. Pil performansına anot malzemelerinin geliştirilmesi yanı sıra kullanılan elektrolit ve elektrolit katkı maddelerin optimizasyonu da önemli katkılar sumaktadır. Elektrolit, bir hücrenin bütünsel performansına enerji yoğunluğu, çevrim kararlılığı ve güvenliği bakımından katkıda bulunur. Bu tezin amacı, sodyum iyon pillerde anot malzemesi olarak kullanılmak üzere, düşük maliyetli yöntemlerle antimon/sert karbon (Sb/HC) kompozitinin geliştirilmesi, anot hazırlanırken uygun bağlayıcının bulunması ve elektrolitin pil performansı üzerine olan etkisinin incelenmesidir. Bu kapsamda, uygun anot kompozisyonu/tipi (ticari veya sentezlenmiş) ve bağlayıcı belirlendikten sonra elektrolit etkisinin incelenmesi amacıyla NP30 (1 M NaPF6 ve EC:DMC 50:50) elektrolite sabit oranlarda Succinic anhidrid (SA), Adiponitril (ADN), Tris(trimetilsilil) Fosfit (TMSP), Fluoretilen karbonat (FEC), Dioxathiolan-2,2-dioxit (DTD) eklenerek ayrı ayrı galvanostatik şarj-deşarj çevrim testleri yapılmıştır ve elektrolit etkisi incelenmiştir. Optimize edilen anot kullanılarak GITT, C hızı, EIS ve CV testleri yapılmıştır. Son olarak anot tam hücre testine tabi tutulmuştur. Katot olarak Na3V2(PO4)2F3 (NVPF) kullanılmıştır. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar ile sodyum iyon pillerde anot malzemesi olarak kullanılan Sb/HC kompozit anotların optimizasyonunda karşılaşılan zorlukları ele alma ve elektrokimyasal performansını arttırma konusunda gelecekteki araştırmalara yol göstermesi hedeflenmektedir.

Özet (Çeviri)

In recent years, sodium ion batteries (SIPs) have come to the forefront as an alternative to Li-ion battery systems due to the abundant availability and low cost of the element sodium in nature. However, their challenges greatly limit their commercialisation. The main problem of SIP for practical applications is the limited availability of alternative anode materials that can offer high reversible capacity, long cycle life and excellent rate performance. Therefore, the development of new anode materials to improve the performance of SIP is of great importance. Antimony (Sb) has attracted attention as a potential anode material since it has a theoretical capacity of 660 mAh/g in the appropriate sodium addition reaction and complete sodation (Na3Sb). However, such an alloy reaction results in severe volume changes (330%) of antimony anode materials. In order to avoid such problems, carbon composite anodes containing antimony have been developed. It is widely recognised that embedding Sb in carbon matrix is considered as one of the effective methods to improve electrochemical performances. The carbon matrix provides an elastic buffer layer to accommodate volume expansion, preventing the active materials from coming together during the charge-discharge process, which improves the stability of the active materials during cycling. The binder used during anode preparation also greatly affects battery performance. The binder holds the active materials of the electrode together and allows the passage of electrons by fixing them to the current collector and thus contributes to the increase in battery performance. The selection of the appropriate binder is very important for the cycle stability of the battery. In addition to the development of anode materials, the optimisation of the electrolyte and electrolyte additives also makes significant contributions to battery performance. The electrolyte contributes to the overall performance of a cell in terms of energy density, cycle stability and safety. The aim of this thesis is to develop antimony/hard carbon (Sb/HC) composite for use as an anode material in sodium ion batteries by low-cost methods, to find the appropriate binder during anode preparation and to investigate the effect of electrolyte on battery performance. In this scope, after determining the appropriate anode composition/type (commercial or synthesised) and binder, NP30 (1 M NaPF6 and EC:DMC 50:50) electrolyte, Succinic anhydride (SA), Adiponitrile (ADN), Tris(trimethylsilyl) Phosphite (TMSP), Fluorethylene carbonate (FEC), Dioxathiolan-2,2-dioxide (DTD) were added to the electrolyte at fixed ratios and galvanostatic charge-discharge cycling tests were performed separately and the electrolyte effect was investigated. GITT, C rate, EIS and CV tests were performed using the optimised anode. Finally, the anode was subjected to full cell test. Na3V2(PO4)2F3 (NVPF) was used as cathode. The results obtained in this study are intended to guide future research in addressing the challenges encountered in the optimisation of Sb/HC composite anodes used as anode materials in sodium ion batteries and to improve their electrochemical performance.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    766032

    Metal sülfür bileşiklerinin sodyum iyon bataryalarda elektrot malzemesi olarak kullanılması

    Metal sulfide composites as an electrode material for sodium ion batteries

    MEHBARE DOĞRUSÖZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Kimya MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. REZAN DEMİR ÇAKAN

  2. Tez No

    865189

    Sodyum iyon bataryalar için kobalt-manganez-demir oksit katotların üretimi ve batarya performansının incelenmesi

    Produttion of cobalt-manganese-iron oxide cathodes for sodium ion batteries and investigation of battery performance

    ÖMER FARUK TOY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİnönü Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERDAR ALTIN

  3. Tez No

    894648

    Preparation and characterization of nanofibers for energy applications

    Enerji uygulamaları için nanofiberlerin hazırlanması ve karakterizasyonu

    GÖKTUĞ CİHANBEYOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MELTEM YANILMAZ

  4. Tez No

    853104

    Lityum iyon bataryalar için kobalt içermeyen düşük maliyetli katot elektrotlarının sentezi

    Synthesis of cobalt-free low-cost cathode electrodes for lithium-ion batteries

    SÜMEYYE KILIÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    EnerjiSakarya Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER

  5. Tez No

    521478

    The preparation and characterization of samples of glass electrolyte for lithium/sodium-ion batteries

    Lityum/sodyum-iyon bataryalar için cam elektrolit örneklerinin hazırlanması ve karakterizasyonu

    MURAT ÖZKAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET TUNCER ERCİYES

Geri Dön