Lityum hava pilleri için yüksek kararlılıkta elektrolitlerin geliştirilmesi

Abstract

Anahtar kelimeler: TEGDME, elektrolit, TPFPB, lityum hava pili. Mobil elektronik aygıtların kullanımının yaygınlaşması ve enerji talebinin hızlı bir şekilde artması nedeniyle verimli ve yüksek enerji yoğunluklu şarj edilebilir pillere olan ihtiyaç artmaktadır. Bu ihtiyacı karşılaması açısından lityum hava pilleri umut verici görülmektedir. Hali hazırda bu amaçla kullanılan ticari pillere alternatif olarak özgül enerji yoğunluğunun çok daha yüksek olması bu pilleri ilgi çekici yapmıştır. Bu tez çalışmasında eter esaslı elektrolite eklenen farklı türde ve boyutta inorganik dolgu malzemeleri, polimer esaslı bir malzeme olan PEO ve bor esaslı anyon tutucu olan TPFPB ilavelerinin ve aynı zamanda 2 mAh ile sınırlandırılmış şarj/deşarj uygulamasının pil üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan ilavelerin elektrolitlerdeki iletkenlik ve viskozite özelliklerine etkileri incelenmiştir. İlavesiz elektrolitin termal davranışları incelenmiş ve tüm hazırlanan elektrolitlerin termal kararlılıklarının incelenmesi yönünden termogravimetrik analizleri gerçekleştirilmiştir. Elektrokimyasal testleri yapmak üzere EL-Cell tipi piller saf argon doldurulmuş glove box içerisinde oluşturulmuştur. Anot malzemeleri olarak yüksek saflıkta lityum folyolar ve katot malzemeleri olarak gaz difüzyon katmanı (GDL) karbon kullanılmıştır. Oluşturulan pillerin çevrim ömürlerinin belirlenmesi amacıyla sabit akım yoğunluğunda elektrokimyasal çevrim testlerine tabi tutulmuştur. Bunun yanında elektrokimyasal empedans analizi ve çevrimsel voltametri teknikleri ile pil hücrelerinin elektrokimyasal performansları test edilmiştir. Ayrıca pil davranışlarının daha detaylı incelenebilmesi için çevrim öncesi ve sonrası katot yüzeyinde taramalı elektron spektroskopisi, enerji dağılım spektroskopisi ve X ışınları difraksiyon teknikleri ile analizler gerçekleştirilmiştir.

Key Words: TEGDME, electrolyte, TPFPB, lithium air battery Due to widespread using of mobile electronic devices and rapid increase in energy demand the need of efficient and high energy density batteries is increasing. In terms of satisfy this requirement, lithium air batteries seem very promising. As an alternative to the commercial batteries recently been using, having a much higher specific energy density has made these batteries interesting. In this thesis work, effects of different type and sized inorganic fillers, a polymer based material PEO and a boron based anion receptor TPFPB additives into an ether based electrolyte and also limited capacity process by 2 mAh charge/discharge on cell behaviour been investigated. The effects of additives in electrolytes on conductivity and viscosity have been studied. Thermal behaviours of the electroyte with no additive been investigated and thermogravimetric anlysis of all prepared electrolytes been operated. To carry out electrochemical tests EL-Cell batteries generated in an argon filled glove box. High purity lithium foils used as anode materials and gas diffusion layer (GDL) carbon used as cathode materials. To determine the cycle lives, batteries were subjected to galvanostatic charge/discharge tests at constant current density. Besides electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry techniques were used for further electrochemical performance analysis. Also, before and after cycling cathode surfaces were analyzed via scanning electron microscope, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction techniques for a detailed investigation about battery behaviour.