Functionalized polymer interfaces via chemical vapor deposition and electrodeposited catalysts for high-performance gas diffusion electrodes in metal-air batteries
Metal-hava bataryalarında yüksek performanslı gaz difüzyon elektrotları için kimyasal buhar biriktirme ile fonksiyonelleştirilmiş polimer arayüzler ve elektrobiriktirilmiş katalizörler
- Tez No: 988452
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGENÇ EBİL, DR. GİZEM CİHANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çinko-hava bataryaları, yüksek teorik enerji yoğunlukları ve çevre dostu özellikleri sayesinde yeni nesil enerji depolama sistemleri arasında öne çıkan bir teknolojidir. Ancak, gaz difüzyon elektrotlarının karmaşık yapısı ve sınırlı dayanıklılığı, bu sistemlerin ticarileştirilmesinin önündeki en önemli engellerden birini oluşturmaktadır. Bu çalışmada, gaz difüzyon elektrotlarının (GDE) performansını artırmak amacıyla başlatılmış kimyasal buhar biriktirme (iCVD) ve elektrokaplama yöntemi kullanılarak üç farklı strateji geliştirilmiştir. İlk olarak, GDE'leri iyileştirmek için elektrot-elektrolit arayüzeyine glisidil metakrilatın divinilbenzen ve 2-hidroksietil metakrilat ile kopolimerleştirilmesi sonucu elde edilen kaplamalar uygulanmıştır. İkinci olarak, gaz difüzyon katmanı (GDL) yapısı, oksijen taşınımını ve nem dengesini iyileştirmek amacıyla iCVD yöntemiyle biriktirilen flor içeren akrilat ve siloksan esaslı tabakalarla optimize edilmiştir. Son olarak, nikel köpük yüzeyine manganez oksit katalizörlerinin elektrokaplama yöntemiyle biriktirilmesiyle karbon ve bağlayıcı içermeyen gaz difüzyon elektrotları üretilmiştir. Numuneler, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), Raman spektroskopisi, atomik kuvvet mikroskobu (AFM), su temas açısı (WCA) ölçümleri ve elektrokimyasal analizlerle karakterize edilmiştir. iCVD yöntemiyle elde edilen elektrot elektrolit arayüz kaplamaları 10 mA.cm-2 akım yoğunluğunda yüksek kararlılık gösterirken, GDL modifikasyonları 18 saate kadar dayanıklılığını korumuştur. Manganez oksit katalizör tabakası ise 10 mA.cm-2 akım yoğunluğunda 0,42 V aşırı potansiyel ile yüksek oksijen gelişim reaksiyonu aktivitesi sergilemiştir. Bu sonuçlar, geliştirilen kaplama stratejilerinin çinko-hava bataryalarında dayanıklı ve verimli elektrot tasarımı için umut verici olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Zinc-air batteries (ZABs) stand out among next-generation energy storage systems due to their high theoretical energy density and environmentally friendly nature. However, the complex structure and limited durability of gas diffusion electrodes (GDEs) remain major challenges for their commercialization. In this study, three strategies were developed to enhance GDE performance using the initiated Chemical Vapor Deposition (iCVD) and electrodeposition technique. First, GDEs were improved by coating the electrode-electrolyte interface with copolymers of glycidyl methacrylate (GMA) with divinylbenzene (DVB), and 2 hydroxyethyl methacrylate (HEMA). Second, gas diffusion layer (GDL) structures were optimized using iCVD deposited 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorodecyl acrylate (PFDA) and 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetravinylcyclotetrasiloxane (V4D4) to enhance oxygen transport and humidity balance. Finally, carbon- and binder-free manganese oxide (MnOₓ) catalyst layer onto nickel foam was fabricated by electrodeposition method. Characterization was conducted using Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Raman Spectroscopy, Atomic Force Microscopy (AFM), Water Contact Angle (WCA), and electrochemical measurements. The electrode-electrolyte interface coatings exhibited stable behavior at 10 mA.cm-2, while GDL modifications-maintained durability for up to 18 hours. The MnOₓ catalyst layer demonstrated a promising oxygen evolution reaction (OER) activity with an overpotential of 0.42 V vs. RHE at 10 mA.cm-2. Overall, the proposed iCVD-based coating strategies and electrodeposited catalyst layer offer a promising route for developing durable and efficient GDEs in ZAB systems.
Benzer Tezler
- Selüloz esaslı nanokompozitlerin 2. tip fotopolimerizasyon yöntemiyle hazırlanması
Preperation of cellulose based nanocomposites by type ii photopolymerization
GENCAY CANTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDA BEKİN AÇAR
- Structural, optical and mechanical properties of polyacrylamide hydrogels doped with multiwalled carbon nanotubes
Çok duvarlı karbon nanotüp katkılı poliakrilamit hidrojellerin yapısal optik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
MERT CAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMET AKTAŞ
- 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
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Çoklu makrohalkalı aromatik bileşiklerin sentezi ve afinite uygulamaları
Synthesis of multi macrocyclic aromatic compounds and their affinity applications
HİLAL KALKAN
- Bitki ekstraktlarıyla zenginleştirilmiş polimer esaslı hidrojel yara örtüsü geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of polymer-based hydrogel wound dressings enriched with plant extracts
MUHAMMET KAMİL KERİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
BiyomühendislikSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ÖZACAR