Lityum iyon piller için NMC/Karbon hibrit kompozitlerin sentezi ve elektrokimyasal karakterizasyonu

Abstract

Anahtar kelimeler: Li-İyon Pil, Li-NMC, Grafen, Karbon Nanotüp, Sol jel Geçen zaman içinde teknolojinin hızla gelişiyor olması buna bağlı olarak bireysel beklentilerin ve taleplerin artmasına sebep olmuştur. Gelişen teknoloji ile beraber rekabetin artması ile hammadde ve enerji kaynaklarının tükenme riski ve çevresel problemler her geçen gün artmaktadır. Tüm bu sebeplerden dolayı enerji depolama konusundaki çalışmalar hız kazanmıştır. Enerji depolamak için çeşitli teknolojiler düşünüldüğünde, lityum iyon piller özellikle elektrikli ve hibrid araçlar için artarak devam eden taleplere en umut verici seçeneklerden biridir. Enerji depolamada ana sınırlayıcı faktör Li-iyon pildeki katot materyalinin performansıdır. Mevcut pazardaki katot malzemelerine alternatif olarak iyi pil performansı, yapısal stabilite, düşük maliyet ve fiyat, düşük toksisite gibi özelliklere sahip olan Li-NMC katot materyali geliştirilmiştir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında, Li-NMC'nin hem elektrokimyasal hem de yapısal özellikleri garfen, karbon nanotüp ve garfen/karbon nanotüp takviyesi yapılarak geliştirilmiştir. Bu amaç doğrultusunda sol-jel yöntemi kullanılarak mikron altı boyutta Li-NMC üretilmiştir. Takviye malzemeleri olarak Hummers metodu ile üretilmiş grafen ve aktive edilmiş karbon nanotüp kullanılmıştır. Üretilen materyallerin karakterizasyonu için X- ışını difraksiyonu (XRD), alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM), elementel dağılım spektroskopisi (EDS) ve noktasal haritalama analizlari kulanılmıştır. Elektrokimyasal analizlerde empedans spektroskoisi (EIS), çevrimsel voltametri (CV) ve galvanostatik şarj/deşarj testleri yapılmıştır. Elektrokimyasal testler sonrasında elde edilen sonuçlarda Li-NMC/Grafen/KNT serbest elektrotun ticari olarak kullanılmakta olan Li-NMC'ye göre daha üstün elektrokimyasal performans sergilediği gözlemlenmiştir.

Keywords: Li-Ion Battery, Li-NMC, Graphene, Carbon Nanotube, Sol-gel The rapid development of technology over time has led to an increase in individual expectations and demands. Increasing competition with the developing technology, the risks of exhaustion of raw materials and energy resources and environmental problems are increasing day by day. For all these reasons, the work on energy storage has gained more interest. When considering various technologies for storing energy, lithium ion batteries are one of the most promising options, especially for demanding electric and hybrid vehicles. The main limiting factor in energy storage is the performance of cathode material in the Li-ion batteries. Li-NMC cathode material with good battery performance, structural stability, low cost and price, low toxicity has been considered as an alternative to existing cathode electrodes. In this master thesis study, both electrochemical and structural properties of Li-NMC were improved by graphene, carbon nanotube and graphene/carbon nanotube reinforcement. In order to achieve this purpose, sub-micron Li-NMC were produced by sol-gel method. Graphene produced by Hummers method and activated carbon nanotubes were used as reinforcement elements. The as-synthesized materials were then characterized by the X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), elemental dot-map spectroscopy (EDS). Electrochemical analyzes were performed with impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge/discharge tests. It has been observed that Li-NMC/Graphene/MWCNNT free standing electrode exhibits superior electrochemical performance when compared with commercially available Li-NMC after electrochemical tests.