Anode design for rechargeable zinc-air batteries
Şarj edilebilir çinko-hava pilleri için anot dizaynı
- Tez No: 988615
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÇİĞDEM TOPARLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Şarj edilebilir çinko-hava pilleri, çinkonun bol miktarda bulunması, düşük maliyetli olması ve çevre dostu olması nedeniyle büyük ölçekli ve taşınabilir enerji depolaması için caziptir. Ancak, pratik uygulamaları korozyon, pasifleşme, hidrojen oluşumu ve çinko anotta dendrit oluşumu ile sınırlıdır. Bu tezde, doğal bir reçine olan Sandarac sakızı (S-sakızı), alkali çinko-hava pillerinde çinko anotları stabilize etmek için organik bir kaplama olarak önerilmiş ve değerlendirilmiştir. S-sakızı etanolde çözülmüş ve dört farklı konsantrasyon (%1, 2, 5 ve 10 ağırlıkça) ve üç dönüş hızı (1000, 3000 ve 5000 rpm) kullanılarak döndürme kaplama yoluyla çinko folyolar üzerine biriktirilmiştir. Kaplamaların yapısı ve morfolojisi Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), Termogravimetrik analiz (TGA) ve Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Elektrokimyasal davranış, Tafel polarizasyonu, Zn‖Zn simetrik hücreler ve şarj edilebilir çinko-hava tam hücreleri ile incelenmiştir. Tafel grafikleri, S-sakızı kaplamalarının çinkonun korozyon direncini artırdığını göstermektedir. Tam hücre testleri, yüksek dönüş hızı ve daha düşük konsantrasyonlu kaplamanın daha ince ve daha homojen filmler sağladığını doğruladı. Tüm koşullar arasında, 5000 rpm'de hazırlanan %1 ağırlıkça S-gum kaplama, hem simetrik hem de tam hücrelerde yüksek kulombik verimlilik, dar ve neredeyse sabit şarj-deşarj voltaj aralıkları ve uzun çevrim ömrüyle en istikrarlı performansı sağladı. Post-mortem SEM analizi, çıplak çinko üzerinde yaygın dendritik büyüme ortaya koyarken, S-gum kaplı anotlar kompakt, dendritsiz yüzeyler gösterdi. Bu sonuçlar, Sandarac gamının, çinko-elektrolit arayüzünü etkili bir şekilde tasarlayabilen ve şarj edilebilir çinko-hava pillerinin dayanıklılığını artırabilen basit, ölçeklenebilir ve çevre dostu bir kaplama olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Rechargeable zinc–air batteries are attractive for large scale and portable energy storage because zinc is abundant, low cost and environmentally benign. However, their practical application is limited by corrosion, passivation, hydrogen evolution and dendrite formation at the zinc anode. In this thesis, a natural resin, Sandarac gum (S-gum), is proposed and evaluated as an organic coating to stabilize zinc anodes in alkaline zinc–air batteries. S-gum was dissolved in ethanol and deposited onto zinc foils by spin coating using four different concentrations (1, 2, 5 and 10 wt. %) and three rotation speeds (1000, 3000 and 5000 rpm). The structure and morphology of the coatings were examined by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric analysis (TGA), Scanning electron microscopy (SEM) analysis. Electrochemical behaviour was studied by Tafel polarization, Zn‖Zn symmetric cells, and rechargeable zinc–air full cells. Tafel plots show that S-gum coatings enhance the corrosion resistance of zinc. Full-cell tests confirmed that coating with high spin speed and less concentration gives the thinner and more uniform films. Among all conditions, the 1 wt% S-gum coating prepared at 5000 rpm provided the most stable performance, combining high Coulombic efficiency, narrow and nearly constant charge–discharge voltage gaps, and long cycle life in both symmetric and full cells. Post-mortem SEM analysis revealed extensive dendritic growth on bare zinc, whereas S-gum coated zinc anodes showed compact, dendrite-free deposits. These results demonstrate that S-gum is a simple, scalable and environmentally friendly coating that can be used to effectively engineer the zinc–electrolyte interface and enhance the durability of rechargeable zinc–air batteries.
Benzer Tezler
- Design of functional polyhipe and MOF architectures for tunable heterogeneous catalysis
Ayarlanabilir heterojen kataliz için fonksiyonel polyhıpe ve MOF tabanlı mimarilerin tasarımı
ÇİĞDEM ÇAKICI
Doktora
İngilizce
2026
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDEM YAVUZ
DOÇ. DR. VOLKAN DEĞİRMENCİ
- Yeni nesil sulu çinko iyon bataryalar için mof tabanlı yeni bir katot malzemesinin geliştirilmesi
Development of a mof based novel cathode material for next-generation aqueous zinc ion batteries
İZEL ALMİRA ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Kimya MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILDIRAY TOPCU
- Biyoatıklardan karbon sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Carbon synthesis from bioatic and investigation of electrochemical properties
GÜLBİKE YALDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Lityum-iyon piller için yüksek performanslı anot malzemesi olarak kalay oksit-indirgenmiş grafen oksit kompozitlerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of tin oxide-reduced graphene oxide composite as high performance anode material for lithium-ion batteries
MERT ARDA KAYIŞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA YAVUZ
- Designing nanostructured silicon frameworks from zintl precursors for high-energy density lithium-ion batteries
Yüksek enerji yoğunluklu lityum-iyon piller için zintl fazlarından nanoyapılı silisyum iskeletlerin tasarlanması
ASLI CEREN CAN