Kükürt katkılı grafen ve molibden disülfür tozların üretimi ve lityum-iyon pil anot malzemesi olarak kullanımlarının incelenmesi
Production of sulfur doped graphene and molybdenum disulfide powders and investigation of their use as lithium-ion battery anode materials
- Tez No: 942633
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN GENÇTEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Energy, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Bu çalışmada, kükürt katkılı grafen (S-GT) ve molibden disülfür (MoS₂) bazlı iki boyutlu (2B) malzemeler tek bir adımda elektrokimyasal bir yöntem kullanılarak oda sıcaklığında (20 ila 25 °C) sentezlenmiştir. Sentezlenen S-GT ve MoS₂ tozlarının yapısal, morfolojik ve kimyasal özellikleri, X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), transmisyon elektron mikroskopisi (TEM) ve Raman spektroskopisi dahil olmak üzere bir dizi karakterizasyon tekniği kullanılarak incelenmiştir. Optimize edilmiş S-GT ve MoS₂ tozları lityum-iyon pillerde anot malzemesi olarak kullanılmıştır. Bataryalar dönüşümlü voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) kullanılarak karakterize edilmiş ve sistemlerin davranışı farklı akım hızlarında galvanostatik şarj-deşarj testleri ile incelenmiştir. 0,1C akım yoğunluğunda hazırlanan MoS₂-SGP_3 bataryası başlangıçta yaklaşık 1400 mAh/g spesifik kapasite sergilemektedir. Kapasite, artan C oranlarıyla (0,5C ila 10C) azalmaktadır. Bununla birlikte, akım yoğunluğu tekrar 0,1C'ye döndüğünde, kayda değer bir kapasite iyileşmesi gözlenir ve bu da malzemenin uygun hız kapasitesine ve döngü kararlılığına sahip olduğunu gösterir. Yüksek akım yoğunluğu altında bile son derece kararlı bir kapasite sergileyen MoS₂-SGP_3, 10C şarj-deşarj hızında 100 döngü sonunda başlangıç kapasitesinin %90'ını koruyarak üstün performans göstermiştir. Ayrıca, uzun döngü sürecinden sonra 0,1C'de 1400 mAh/g kapasitesini korumuş ve Coulombic verimliliği %95'in üzerinde sabit kalmıştır. Bu yüksek verimliliğin 100 döngü boyunca korunması, malzemenin lityum-iyon pillerde istikrarlı ve verimli şarj-deşarj özelliklerine sahip olduğunu kanıtlamaktadır. Bu sonuçlar, MoS₂-SGP_3'ün yüksek enerji yoğunluğu, uzun döngü ömrü ve üstün hız kapasitesi ile yeni nesil enerji depolama cihazları için umut verici bir anot adayı olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, sulfur-doped graphene (S-G) and molybdenum disulfide (MoS₂)-based two-dimensional (2D) materials are synthesized at room temperature (20 to 25 °C) using an electrochemical method in a single step, and these materials serve as anode materials in lithium-ion batteries. The structural, morphological, and chemical properties of the synthesized S-GP and MoS₂ powders are investigated using a range of characterization techniques, including X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and Raman spectroscopy. The optimized S-GP and MoS₂ powders are utilized as anode materials in lithium-ion batteries. The batteries are characterized by using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and the systems' behavior is further examined through cyclic charge-discharge tests at different current rates. The MoS₂-SGP_3 battery, prepared at a current density of 0.1C, initially exhibits a specific capacity of approximately 1400 mAh/g. As the C-rate increases (from 0.5C to 10C), the capacity gradually decreases. However, when the current density is reverted to 0.1C, a significant capacity recovery is observed, demonstrating the material's excellent rate capability and cycling stability. Even under high current densities, MoS₂-SGP_3 exhibits exceptional capacity retention, maintaining 90% of its initial capacity after 100 cycles at a charge-discharge rate of 10C. Moreover, after prolonged cycling, the capacity stabilizes at 1400 mAh/g at 0.1C, while the Coulombic efficiency remains above 95%. The sustained high efficiency over 100 cycles indicates the material's stable and efficient charge-discharge behavior in lithium-ion batteries. These results suggest that MoS₂-SGP_3 is a promising anode candidate for next-generation energy storage devices, offering high energy density, long cycle life, and excellent rate performance.
Benzer Tezler
- Bağlayıcı kullanmadan üretilen molibden disülfür kaplı heteroatom katkılı grafen oksit elektrodların süperkapasitör malzemesi olarak kullanımı
Production of molybdenum disulfide-coated heteroatom-doped graphene oxide electrodes without binder and investigation of their use as supercapacitor material
AYŞE VİDAT HACINECİPOĞLU
Doktora
Türkçe
2025
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GENÇTEN
- Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems
Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi
MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Heteratom katkılı grafen-iletken polimer içeren kompozit malzemelerin hazırlanması ve süperkapasitif özelliklerinin incelenmesi
Preparation of composite materials containing heteratom doped graphene-conductive polymer and investigation of supercapacitive properties
OKYAY KUMBAŞI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN GENÇTEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİH BEŞİR ARVAS
- Redoks akış desalinasyon bataryaları için grafen temelli elektrot malzemelerinin geliştirilmesi
Development of graphene-based electrode materials for redox flow desalination batteries
EMİRHAN ARTAR
- Bazı grafen esaslı malzemelerin süperkapasitör sistemlerindeki performanslarının incelenmesi
Investigation of performance of some graphene-based materials in supercapacitor systems
MELİH BEŞİR ARVAS