Kimyasal yöntemlerle grafen ve grafen oksit üretimi ve Li- hava pil uygulamaları

Abstract

11,140 Wh kg-1 yüksek enerji yoğunluğu değeri ile benzine yakın bir enerji yoğunluğuna sahip Li-hava pilleri tüm dünyanın ilgisini çekmiştir. Li-hava pillerindeki en önemli konu hava elektrodunun mimarisini oluşturmaktır. Katot malzemeleri arasında grafen esaslı katot malzemeleri ideal katot malzemeleri olarak öngörülmektedir. Grafen nanokompozitleri farklı bileşiklerde farklı avantajlar sunarak geliştirilmiş bir performans sunmaktadır. α-mangan dioksit (α - MnO2) ise katalizör olarak kullanılan en dikkat çekici inorganik malzemedir. Mevcut tez çalışmasında, kağıt formundaki grafen oksit (GO) Hummers metodu ile hazırlanmış ve GO'nun kimyasal indirgenmesi ile grafen elde edlmiştir. α - MnO2 tozları mikrodalga hidro termal sentez yöntemi ile hazırlanmıştır. Li-hava pillerinde kullanılmak üzere α - MnO2'in oranlarına göre % 10, % 30, % 50 ve %70 olmak üzere kağıt formunda α - MnO2 + GO serbest elektrotlar hazırlanmıştır. Üretilen numunelerin ve elektrotların yüzey morfolojisi taramalı electron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Numunelerin yapısını incelemek için X-ışınları kırınımı (XRD) ve Raman spektroskopisi kullanılmıştır. Hazırlanan elektrotların elektrokimyasal performansını incelem için ECC-Air hücreleri kullanılmıştır. Test hücresinde anot elektrot olarak Li folyo, katot elektrot olarak hazırlanan kağır elektrotlar ve elektrolit olarak lityum iyonu içeren aprotik solvent kullanılmıştır. Çalışma elektrodu cam fiberli membran ile ayrılmıştır. Hazırlanan nanokompozit elektrotların elektrokimyasal çevrim testleri sabit akım yoğunluğunda test edilmiştir.

The lithium-air battery has gained worldwide attention due to its high specific energy density of 11.140 Wh kg-1, which close the gasoline. The main issue of lithium-air batteries is creating architecture of air electrode. In cathode materials, graphene containing materials have been reported as ideal cathode materials.The nanocomposites of graphene can display different advantages of each component and provide an improved performance. α-manganese dioxide (MnO2) is one of the most attractive inorganic material and has been used in catalysis. In this study, graphene oxide was prepared via Hummers' Method and reduced with chemical methods due to obtain graphene. α-MnO2 powders were prepared by using microwave hydrothermal synthesis route. α-MnO2+Graphene oxide free standing papers were prepared with varying amount of α-MnO2 (10 wt. %, 30 wt. %, 50 wt. % and 70 wt. %) as air breathing cathode electrodes for Li-Air batteries. Surface morphology of the produced paper was characterized using scanning electron microscopy (SEM). X-ray diffraction technique (XRD) and Raman spectroscopy were carried out to investigate the structure of the paper. To investigate electrochemical performance of the produced electrodes, ECC-Air test cell was used. In the test cell, lithium foil is used as anode electrode, produced nanocomposite paper electrodes were used as the cathode and lithium ion containing aprotic solvent was used as the electrolyte. The working and counter electrode was separated with glass fibre separator. The electrochemical cycling test of the nanocomposite electrode was performed at a constant current density.