Nikel manganez kobalt oksit (NCM811) katot malzemesinin döngüsel ve termal stabilitesini geliştirmesi
Improving cycling and thermal stability of nickel manganese cobalt oxide (NCM811) cathode material
- Tez No: 967670
- Danışmanlar: PROF. DR. ENGİN BURGAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 160
Özet
NCM811 katot malzemesi, maliyet etkinliği, çevresel sürdürülebilirlik ve yüksek özgül kapasite dahil olmak üzere çeşitli ticari avantajlar sergiler; ancak, döngü sırasında kapasite bozulması yaşar. Kaplama stratejisi, NCM811'in kapasite tutulmasını iyileştirmek için etkili bir yöntemdir. Bu kaplama katmanlarının yalıtım özellikleri yüzünden NCM811'in elektrokimyasal performansı azalır. Bu tez, NCM811 katot malzemesine toplu katman yerine mezogözenekli bir katman uygular. Farklı kalınlıklarda iki farklı mezogözenekli katman (silika SiO₂ ve lityum silikat Li₂SO₃) değerlendirildi. Her katman, çeşitli gözenekli oranlar elde etmek için farklı ince şablon yüzdelerine (0, 20, 50%) (CTAB) sahiptir. Hazırlanan numunelerin morfolojisini ve kristal yapısını karakterize etmek için SEM, HRTEM, EDS, XPS, BET ve XRD gerçekleştirildi. Şarj-deşarj, CV ve EIS gibi elektrokimyasal testler, icre edilmiş 2032-düğme pil kullanılarak gerçekleştirildi. Sonuçlar, NCM811 parçacıkları üzerine, NCM811'in yapısı, morfolojisi ve yüzey kimyasal durumlarında bir değişiklik olmadan, düzgün ince bir mezogözenekli SiO₂ tabakasının kaplandığını göstermektedir. NCM811 katodu üzerindeki %3 mol tabaka kaplaması (%Si-3-20), %2 mol ve %6 mol kaplamaya kıyasla daha fazla düzgünlük sergilemiştir. Benzer şekilde, NCM811 parçacıkları üzerine düzgün ince bir mezogözenekli Li₂SiO₃ tabakası biriktirilerek NCM811 yapısı, morfolojisi ve yüzey kimyasal durumlarını korumuştur. NCM811 katodu üzerindeki %3 mol tabaka kaplaması, %2 mol ve %6 mol kaplamalara kıyasla üstün bir düzgünlük sergilemiştir. SiO₂'deki mezogözenekli tabakanın morfolojisi süngerimsi iken, Li₂SiO₃'ün mezogözenekli tabakası çatlaklar ve oluklar şeklindedir. Si-3-20%, analiz edilen diğer örneklerle karşılaştırıldığında 45 °C'de kapasite tutma, hız kapasitesi ve döngü kararlılığı açısından üstün performans gösterdi. Gözenekli yapı, lityum iyon taşınmasını ve elektrolit temasını iyileştirerek gelişmiş elektrokimyasal performansla sonuçlandı. Bulgular, mezogözenekli SiO₂ gibi koruyucu katmanların uygulanmasının, gelişmiş uygulamalar için yüksek enerjili lityum iyon pillerin ömrünü ve performansını artırdığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
NCM811 cathode material exhibits several commercial advantages, including cost-effectiveness, environmental sustainability, and high specific capacity; however, it experiences capacity degradation during cycling. The coating strategy is an effective approach for improving the capacity retention of NCM811. The insulating properties of these coating layers diminish electrochemical performance. This thesis applies a mesoporous layer, instead of a bulk layer, to NCM811 cathode material. Two distinct types of mesoporous layers (silica SiO₂, and lithium silicate Li₂SO₃) were evaluated with varying thicknesses. Each layer has a different fine template percentage (0, 20, 50%) (CTAB) to gain various porous ratios. SEM, HRTEM, EDS, XPS, BET and XRD were performed to characterize the morphology and crystal structure of the prepared samples. Electrochemical tests such as charge-discharge, CV and EIS were performed utilizing a constructed 2032-coin cell battery. The results indicate that a uniform thin mesoporous layer of SiO₂ was coated on NCM811 particles without changing the structure, morphology, and surface chemical states of NCM811. The 3%-mol layer coating (Si-3-20%) on the NCM811 cathode exhibited greater uniformity compared to the 2%-mol and 6%-mol coatings. Similarly, a uniform thin mesoporous layer of Li₂SiO₃ was deposited on NCM811 particles, maintaining NCM811 structure, morphology, and surface chemical states. The 3%-mol layer coating on the NCM811 cathode demonstrated superior uniformity relative to the 2%-mol and 6%-mol coatings. While the morphology of mesoporous layer in SiO₂ was spongy-like, the mesoporous layer of Li₂SiO₃ was in the shape of cracks and grooves. Si-3-20% exhibited superior performance regarding capacity retention, rate capability, and cycling stability at 45 °C when compared to the other samples analyzed. The porous structure enhances lithium-ion transport and electrolyte contact, resulting in improved electrochemical performance. The findings indicate that the application of mesoporous SiO₂ enhances the longevity and performance of high-energy lithium-ion batteries for advanced applications.
Benzer Tezler
- 18650 pil hücrelerinin ısısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the ir properties of 18650 battery cells
İSMAİL DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Enerjiİnönü ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH BULUT
- Lityum iyon pillerden kobalt geri kazanımı
Recovery of cobalt from lithium-ion batteries
DAMLA NUR BİRLİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Çevre MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜFİDE BANAR
- Pillerin tarihten bugüne gelişimi ve son teknolojide gelinen nokta
Development of lithium-ion batteries from the history of batteries to the present and the latest technology statement
HÜSEYİN PEHLİVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKatıhal Fiziği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET YILDIRIM
- Performance analysis and optimization of integrated fuel cell-battery systems for marine applications
Denizcilik uygulamaları için entegre yakıt pili-batarya sistemlerinin performans analizi ve optimizasyonu
SÜLEYMAN AYKUT KORKMAZ
Doktora
İngilizce
2023
DenizcilikDokuz Eylül ÜniversitesiGemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR EMRAH ERGİNER
- Investigation of thermal propagation in electric vehicle high voltage batteries
Elektrikli araç yüksek gerilim bataryalarında ısıl yayılım araştırması
KADİR ARAS
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ