Katı hal enerji depolama cihazlarında fosfat esaslı ucuz çözüm yaklaşımları

Abstract

İnsanlık tarihi boyunca enerji en öncül ihtiyaçlardan birisi olmuştur. Son yüzyılda enerji elde ettiğimiz yöntemler gezegenimizi hızlıca kirletmekte ve geri dönüştürülememektedir. Bu sebeple insanlık yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmiş ve bununla birlikte depolama sistemleri önemli bir hal almıştır. Bunun yanı sıra taşınabilir cihazların her geçen gün hızla artması ve elektrikli araçların hayatımızda yer etmesi enerji depolama sistemlerini daha önemli hale getirmiştir. Günümüzde taşınabilir cihazlarda ve elektrikli araçlarda Li esaslı batarya sistemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda pratik uygulamalar için sodyum araştırmaları da son hızıyla devam etmektedir. Sodyumun lityuma elektrokimyasal olarak benzerliği ve bazı avantajları onu gelecek için son derece önemli bir pil malzemesi haline getirmektedir. Yaygın olarak kullandığımız alkali iyon bataryalar sıvı elektrolit içermektedir. Sıvı elektrolitli bataryalar son zamanlarda oldukça güvenilir hale getirilmiş olsalar da, hala güvenlikle ilgili önemli sorunları bulunmaktadır. Özellikle elektrikli otomobiller ve yenilenebilir enerji kaynakları için kullanılan büyük ölçekli batarya sistemleri bu güvenlik sorunlarından oldukça muzdariptir. Katı elektrolitler, her ne kadar sıvı ekektrolitler kadar yüksek iyonik iletkenliklere ulaşamasalar da sıvı elektrolitlerin oluşturduğu güvenlik açıklarına ve bazı performans sorunlarına önemli bir alternatif olarak ortaya çıkmaktadırlar. Aynı zamanda katı elektrolit kullanımı batarya paketlenmesini kolaylaştırarak güç yoğunluğunu arttırabilmektedir. Bu çalışmada oksit esaslı NZSP katı hal reaksiyon yöntemi ile üretilmiş ve beş farklı sıcaklıkta sinerlenmiştir. Üretilen numulerin karakterizasyonu XRD ile belirlenmiştir. Sinterlenen numunelerin elementel analizi ve mikroyapısı FE-SEM ile analiz edilmiştir. Yapılan EIS analizi sonucunda iyonik iletkenlikleri test edilmiş ve 1150°C' de sinterlenen numunenin iyonik iletkenliğinin 2,71x10-4 olduğu ortaya konmuştur. Aynı zamanda yapılan kronoamperometre testleri sonucunda elektrolitin Na ile reaksiyon vermediği ve kararlı olduğu ortaya konmuştur.

Throughout the history of humanity, energy has been one of the foremost needs. The methods we have gained energy in the last century quickly pollute our planet and cannot be recycled. For this reason, humanity has turned to renewable energy sources and storage systems have become important. In addition, the fact that portable devices increase rapidly and electric vehicles take place in our lives have made energy storage systems more important. Today, Li-based battery systems are widely used in portable devices and electric vehicles. Meanwhile, researches on sodium based storage systems increasing rapidly. The electrochemically analogous and many advantages of sodium to lithium make it a very important battery materials for the future applications. Lithium ion batteries that we commonly use contain liquid electrolytes. Although liquid electrolyte batteries have been recently made quite reliable, they still have significant safety issues. Especially large-scale battery systems used for electric cars and renewable energy sources suffer from these security problems. Solid electrolytes do not reach as high ionic conductivity as the liquid additive. They appear as an important alternative to the security vulnerabilities and some performance problems caused by liquid electrolytes. At the same time, the use of solid electrolyte may increase the power density by facilitating battery packings. In this study, oxide-based NZSP was produced by solid-state reaction method and sintered at five different temperatures. Elemental analysis and microstructure of sintered samples were analyzed by FE-SEM. As a result of the EIS analysis, the ionic conductivity was tested and the ionic conductivity of the sample sintered at 1150 ° C was found to be 2.71x10-4 S cm-1. At the same time, it was found that the electrolyte did not react with Na and was stable.