Lityum hava pilleri için Ag/Mg katkılı anot malzemelerinin geliştirilmesi

Abstract

Benzinle kıyaslanabilir bir spesifik enerji yoğunluğu olan, oksijen kütlesi hariç 11,5 kWhkg-1 teorik spesifik enerjiye sahip lityum-hava pilleri büyük ilgi çekmektedir. Bu değerde yüksek bir enerji yoğunluğuna sahip piller, gelişmiş elektrikli araçlar için güç kaynağı olma potansiyeline sahiptirler. Ancak lityum anot yüzeyinde dendrit oluşması nedeniyle çevrim verimliliğinin az olması gibi birçok zorlukla karşılaşılmaktadır. Bu tezde lityum-hava pillerinde kullanılan lityumun gümüş ve magnezyum ile alaşımlandırılarak dendrit oluşumunu önlemek ve çevrim ömrünü ve kararlılığını artırmak amaçlanmıştır. Lityum hava pillerinde kullanılan lityum anoda eklenen gümüş ve magnezyum miktarlarının elektrokimyasal davranışa etkisi özellikle incelenmiştir. Başlangıç malzemesi olarak ultra ince Li tozları ile gümüş ve magnezyum metalleri kullanılmıştır. Mekanik alaşımla yöntemi kullanılarak Li-Ag ve Li-Mg alaşımları üretilmiştir. Yüksek enerjili bilyalı öğütme oda sıcaklığında ve argon atmosferi altında yapılmıştır. Üretilen numunelerin fiziksel özellikleri X-ışınları kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Lityumun ve lityum alaşımlarının elektrokimyasal analizleri de Swagelok tipi hücrede elektrolit olarak TEGDME içerisinde 1 M LiPF6 tuzu, katot olarak GDL (gaz difüzyon tabakası) ve anot olarak üretilmiş olan Li-Ag ve Li-Mg tozları kullanılmıştır.

Lithium-air batteries have attracted great interest due to theoretical specific energy of Li-air excluding oxygen is 11.5 kWhkg−1, the value of which is comparable with that of gasoline/air device. This kind of battery which has as high as this energy density has the potential to be the power source for the advanced electric vehicles. However there are a lot of challenges, one of which is low cycleability of lithium-air batteries because of dendrite formation on top of the lithium anode. The aim of this thesis is to alloy lithium with silver and magnesium powders mechanically for suppressing dendrite formation and enhancing the cycleability and stability of lithium air batteries. The effect amount of adding the silver and magnesium into the lithium anode especially on the electrochemical behavior of lithium anode for lithium-air batteries is investigated. Ultra-fine powders of the Li and silver or magnesium metals were used as starting materials. Li-Ag or Li-Mg alloys were synthesized as an anode material using mechanical alloying process. The high energy ball milling was performed under an argon atmosphere at room temperature. The physical characterizations of the produced anodes were investigated by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) methods. Electrochemical analysis of the lithium and lithium alloys were carried out by using a Swagelok-type cell with 1 M LiPF6 in TEGDME as electrolyte and GDL (gas diffusion layer) as cathode and produced Li-Ag and Li-Mg powders as anode.