Bazı üçlü metal alaşım ince filmlerinin elektrokimyasal sentezi ve lityum iyon pil anot materyali olarak kullanılmalarının incelenmesi

Abstract

Son zamanlarda, kalay esaslı metal alaşımları, karbon içeren lityum iyon pil anot materyallerine alternatif olarak gösterilmektedirler. Tez çalışması kapsamında 3 boyutlu (3D) nanoyapılı Sn-Sb-Cu üçlü metal alaşım ince filmleri bakır folyo üzerinde asidik çözeltilerden ilk defa elektrokimyasal olarak sentezlenmiştir. Elektrodepozisyon potansiyeli dönüşümlü voltametri çalışmaları ile tespit edilmiştir. Elde edilen filmler, XRD, AFM, SEM, dönüşümlü voltametri ve kronopotansiyometri teknikleri ile karakterize edilmiştir. Morfolojik çalışmalar sonucunda 3D filmlerin birbirine bağlı nanopartiküllerden ibaret olan dentritik yapılara sahip olduğu gözlenmiştir. Filmlerin elektrokimyasal özellikleri dönüşümlü voltametri ve galvanostatik şarj/deşarj testleriyle belirlenmiştir. Buna göre, bakır folyo üzerinde tek tek dağılmış nanopartiküllerle kıyaslandığında, 3D nanoyapılı ince filmlerin daha yüksek tersinir kapasiteye ve daha kararlı şarj/deşarj döngüsüne sahip oldukları bulunmuştur (0,2 C akım yoğunluğunda ve 50 çevrimlik şarj/deşarj sonunda 652 mAhg?1 kapasite değeri). Söz konusu elektrokimyasal performansın yüksek olması, hem nano hem de mikro yapıdaki 3D filmlerin lityum iyonlarının ve ortamdaki elektronların difüzyon mesafelerini kısaltmalarından, elektrolitin taşınmasını kolaylaştırmalarından ve lityumun katılma/ayrılma reksiyonları esnasında oluşabilecek hacim genişlemesini azaltmalarından dolayı olduğu düşünülmektedir. Anahtar kelimeler: Metal, Nano, Lityum, Pil, Elektrodepozisyon.

In recent years, Sn based metal alloy compounds are shown as alternative instead of carbon-containing anode materials for lithium ion batteries. In this thesis work, Sn-Sb-Cu metal alloy thin films were synthesized first time on Cu foil by electrochemical deposition. The electrodeposition potential was determined using cyclic voltammetry (CV). The crystal structure and morphology of the films were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and atomic force microscopy (AFM). Morphological investigations that the films consist of interconnected nanoparticles forming a dendritic-like structure. Electrochemical properties were investigated via CV and galvanostatic charge/discharge tests. Compared with the conventional monodisperse nanoparticles, the 3D nanostructured thin films exhibit much larger reversible capacity and improved cycling stability (652 mAhg?1 at current density of 0,2 C up to 50 cycles). The enhanced electrochemical performance can be attributed to the nano/micro hierarchical structure which can reduce the diffusion lengths for both lithium ions and electrons, provide facile electrolyte transport and accommodate the volume expansion during the lithiation/delithiation. Keywords: Metal, Nano, Lithium, Battery, Electrodeposition.