Lityum hava bataryaları için lityum alüminyum titanyum fosfat esaslı cam seramik membranların geliştirilmesi

Abstract

Anahtar kelimeler: Lityum-Hava, Piller, LATP Membran, Aktivasyon Enerjisi, İyonik İletkenlik Yaklaşık 11 kWh.kg-1 spesifik enerji yoğunluğu ile benzine çok yakın spesifik enerji yoğunluğuna sahip olan lityum hava pilleri tüm dünyada ilgi çekmektedir. Lityum hava pillerinin geliştirilmesinde karşılaşılan problemlerden birisi kullanılan elektrolitlerin kimyasının anlaşılması ve yüksek iyonik iletkenlik değerlerine sahip katı elektrolitlerin geliştirilmesidir. Bu çalışmada lityum hava pillerinde kullanılabilecek yüksek iyonik iletkenliği sahip Lityum Alüminyum Titanyum Fosfat esaslı (LATP) lityum iyon iletken cam seramik membran üretimi hedeflenmiş0tir. Bu tez çalışmasın da LATP katı elektrolitler sol-jel ve ergitme döküm yöntemi olmak üzere iki farklı yöntem kullanılarak toz halinde sentezlenmiş ve farklı sıcaklıklarda kristallendirme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen LATP tozlarının yüzey morfolojileri taramalı elektron mikroskobu, faz analizi X-ışınları kırınımı ve Raman spektroskopisi analizleri ile karakterize edilmiştir. Diferansiyel termal analiz yöntemi ile kristallendirme sıcaklıkları belirlenerek parametreler optimize edilmiştir. Pelet haline getirilen LATP tozları farklı sıcaklıklarda sinterlenmiş ve farklı sıcaklıklarda empedans ölçümleri gerçekleştirilerek aktivasyon enerjisi değerleri ve iyonik iletkenlik değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca Sol-jel yöntemi ile üretilen LATP elektrolitlerine sülfür katkısı yapılarak iyonik iletkenlik değerleri geliştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında yaklaşık 200 um kalınlığında 16 mm çapında LATP katı elektrolit mebranlar hazırlanmıştır. Sol-Jel yöntemi ve döküm yöntemi ile üretilen LATP membranlar sırayla 3,2x10-4 S/cm-1 ve 2,7x 10-6 S/cm-1 iyonik iletkenlik değeri gösterirken, sülfür katkılı LATP membranlar 1,34x10-4 S/cm-1 iyonik iletkenlik değer göstermiştir.

Keywords: Lithium-Air, Battery, LATP membrane, Activation Energy, Ionic conductivity Lithium air cells with a specific energy density of approximately 11 kWhkg-1 and energy density very close to gasoline are of interest all over the world. One of the problems encountered in the development of lithium air cells is the understanding of the chemistry of the electrolytes used and the development of solid electrolytes with high ionic conductivity values. In this study, it is aimed to produce Lithium Aluminum Titanium Phosphate based (LATP) lithium ion conductive glass ceramic membrane with high ionic conductivity which can be used in lithium air cells. In this thesis, LATP solid electrolytes were synthesized in powder form by using two different methods as sol-gel and melt-quenching methods and crystallization processes were carried out at different temperatures. The surface morphology of the produced LATP powders were characterized by scanning electron microscopy and phase analysis were implemented using X-ray diffraction and Raman spectroscopy analyzes. Crystallization temperatures were determined by differential thermal analysis method and parameters were optimized. Pelleted LATP powders were sintered at different temperatures and impedance measurements were performed at different temperatures and activation energy values and ionic conductivity values were calculated. In addition, ionic conductivity values were improved by adding sulfur to the LATP electrolytes