NMC tipi atık lityum iyon pillerin kara kütlesinden Ni-Mn-Co esaslı malzemelerin geri kazanımı ve süperkapasitör uygulamalarının incelenmesi
Recovery of Ni-Mn-Co based materials from the black mass of nmc type waste li-ion batteries and investigation of their supercapacitor applications
- Tez No: 998048
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN GENÇTEN, DR. ÖĞR. ÜYESİ SEZGİN YAŞA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Üretim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, ikincil lityum-iyon pil atıklarından elde edilen kara kütle, hidrometalurjik proseslerle geri dönüştürülerek, asimetrik tip süperkapasitörlerin pozitif elektrot bileşiminde yeniden değerlendirilmiştir. Öncelikle NMC esaslı aktif malzeme, H₂O₂ ilaveli H₂SO₄ çözeltisi kullanılarak bir dizi liç işlemine tabi tutulmuştur. Çözeltideki Ni, Mn ve Co iyonları CNMOH yapısında çöktürülerek ilk süperkapasitörün pozitif elektrot bileşimi hazırlanmış ve izleyen aşamada, CNMOH'ye 500°C'de kalsinasyon işlemi uygulanarak ikinci elektrodun aktif malzemesi olan CNMO sentezlenmiştir. Üçüncü elektrot yapısında kullanılan CNMS ise iyon değiştirme yöntemiyle hidrotermal olarak oluşturulmuştur. Üretilen bütün tozların yapısal, morfolojik ve kimyasal karakteristikleri X-ışını kırınımı (XRD), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) gibi birçok analiz yöntemi kullanılarak incelenmiştir. CNMOH//G, CNMO//G ve CNMS//G yapısında oluşturulan DPTAS'ların elektrokimyasal özellikleri CV, GCD ve EIS testleri ile değerlendirilmiştir. Üç elektrot sisteminde her üç elektrot arasında en yüksek alansal kapasitansı, 5 mV/s tarama hızında 1262 mF/cm2 değeri ile CNMS elektrodu göstermiştir. DPTAS'ların içerisinde ise aynı tarama hızlarında en yüksek alansal kapasitansı 252 mF/cm2 ile CNMOH//G gösterirken, 65.4 F/g'lik en yüksek spesifik kapasitans CNMS//G tarafından ölçülmüştür. Ayrıca, metal hidroksit tipindeki DPTAS 8.78 Wh/kg değeriyle en üstün enerji yoğunluğunu sergilerken CNMO//G, 334.35 W/kg ile süperkapasitörler içerisinde en çok güç yoğunluğu performansını sunmaktadır. CNMOH//G, 10000 döngü sonunda başlangıç kapasitesini %100'e yakın koruyarak ileri seviyede elektrokimyasal kararlılık ortaya koymuş ve döngü sonrası Koulombik verimliliği yaklaşık %100 değerinde sabit kalmıştır. Bu sonuçlar, üç farklı süperkapasitörün de yüksek enerji ve güç yoğunluğu, üstün alansal kapasitans ve uzun döngü ömrü gibi belirli özellikleri ile öne çıktığını ve enerji depolama cihazları açısından yüksek potansiyel sergilediğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, the black mass obtained from spent lithium-ion batteries was recovered through hydrometallurgical processes and subsequently reused in the composition of the positive electrode for asymmetric supercapacitors. Firstly, the NMC-based active material was subjected to a series of leaching operations using an H₂SO₄ solution supplemented with H₂O₂. The Ni, Mn, and Co ions in the solution were precipitated as CNMOH to prepare the cathode composition of the first supercapacitor, and in the subsequent step, CNMOH was calcined at 500 °C to synthesize CNMO, the active material of the second electrode. The CNMS used in the third electrode structure was hydrothermally synthesized via an ion-exchange method. The structural, morphological, and chemical characteristics of all synthesized powders were examined using several analysis techniques, including X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The electrochemical performances of the DPTAS devices constructed in the CNMOH//G, CNMO//G, and CNMS//G configurations were evaluated through CV, GCD, and EIS measurements. In the three-electrode system, among all electrodes, the CNMS electrode exhibited the highest areal capacitance, reaching 1262 mF/cm² at a scan rate of 5 mV/s. Within the DPTAS devices, the highest areal capacitance at identical scan rates was obtained from the CNMOH//G configuration with 252 mF/cm², while the highest specific capacitance of 65.4 F/g was measured for the CNMS//G device. Additionally, while the metal-hydroxide based DPTAS exhibits the highest energy density with 8.78 Wh/kg, the CNMO//G device delivers the greatest power density among the supercapacitors, reaching 334.35 W/kg. The CNMOH//G device preserved almost 100% of its initial capacitance after 10,000 cycles, demonstrating excellent electrochemical stability, while its Coulombic efficiency remained steadily close to 100% throughout the cycling process. These results demonstrate that all three supercapacitors stand out due to their high energy and power densities, superior areal capacitance, and long cycle life, indicating strong potential for energy storage applications.
Benzer Tezler
- Atık lityum iyon pillerdeki değerli metallerin derin ötektik çözelti kullanılarak kapalı kap mikrodalga liç prosesi ile geri kazanımı
Recovery of valuable metals from waste lithium-ion batteries using deep eutectic solvent via closed-vessel microwave leaching process
EMİNE GİZEM YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN ALGÜL
- Optimization of nickel, cobalt and lithium recovery processes from spent Li-ion batteries
Atık Li-iyon batarya katotlarından nikel, kobalt ve lityum geri kazanımı proseslerinin optimizasyonu
FIRAT TEKMANLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL
- 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
- Kullanım ömrünü tamamlamış NMC ve LCO tipi lityum iyon bataryalarındaki toplayıcı elektrot ve polimerlerin flotasyon yöntemi ile geri kazanımının araştırılması
Investigation of recovery of current collectors and polymers in end-of-life NMC and LCO type lithium-ion batteries by flotation method
FULYA MENNİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FIRAT BURAT
- Ev tipi yıkamalarda suyun tekrar kullanımı için yıkama atık suyundan renk giderme sisteminin geliştirilmesi
Development of color removal system from washing wastewater for reuse of water in domestic washing machines
BAŞAK ARSLAN İLKİZ
Doktora
Türkçe
2021
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YEŞİM BECEREN
PROF. DR. CEVZA CANDAN