Enhancing gel electrolyte performance in lead-acid batteries using conductive polymer/graphite composites
Jel elektrolit tabanlı kurşun-asit akülerde iletken polimer/grafit kompozit katkılarla performans artırımı
- Tez No: 1012840
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN GENÇTEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, kimyasal olarak sentezlenen iletken polimerler (CP'ler) ve bunların kompozitleri, jel tipi valf kontrollü kurşun-asit (VRLA) akülerde elektriksel iletkenliği ve jel elektrolitin yük transfer özelliklerini artırmak amacıyla literatürde ilk kez katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Polianilin (PANi), polipirrol (PPy), politiyofen (PTF), polianilin/grafit (PANi/G) ve politiyofen/grafit (PTF/G), uygun monomer ve asit konsantrasyonları kullanılarak kimyasal oksidatif polimerizasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Elde edilen tozlar, jel elektrolit uygulamalarına uygunluklarını belirlemek amacıyla spektroskopik ve mikroskobik tekniklerle karakterize edilmiştir. Jel optimizasyonu için kritik öneme sahip olan katkı maddesi oranı, karıştırma süresi ve karıştırma hızı gibi üç temel parametre değiştirilerek farklı jel sistemleri hazırlanmıştır. Performans değerlendirmesi amacıyla döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve Tafel ekstrapolasyonu gibi elektrokimyasal analizler gerçekleştirilmiştir. En uygun koşullar; %0,6 PANi (90 dk, 500 rpm), %0,6 PANi/G (150 dk, 500 rpm), %0,8 PPy (60 dk, 500 rpm) ve %0,2 PTF ile PTF/G (30 dk, 500 rpm) olarak belirlenmiştir. Bu sistemler, redoks aktivitesi, düşük yük transfer direnci, gelişmiş difüzyon özellikleri ve yüksek korozyon direnci açısından üstün elektrokimyasal performans sergilemiştir. Optimize edilen sistemler üzerinde galvanostatik şarj-deşarj (GCD) testleri uygulanmış; başlangıç kapasitesi 5 mA g-1 akım yoğunluğunda ölçülmüş ve çevrim kararlılığı 10 mA g-1'de 200 çevrim boyunca değerlendirilmiştir. Sonuçlar, hem dumanlı silika bazlı jel elektrolit hem de sulu sülfürik asit elektrolitine kıyasla Coulomb verimliliği, kapasite korunumu ve çevrimsel kararlılık açısından önemli iyileşmeler göstermiştir. En yüksek başlangıç kapasitesi PTF/G bazlı jel için 55,75 mAh g-1 olarak elde edilmiş; bunu sırasıyla PANi, PANi/G, PPy ve PTF sistemleri izlemiştir. Tüm sistemler referans elektrolitlere göre daha üstün performans göstermiştir. Genel olarak, iletken polimerlerin ve kompozitlerinin kullanımı, VRLA jel elektrolitlerin elektrokimyasal performansını önemli ölçüde artırmakta olup, ileri enerji depolama uygulamaları için yüksek potansiyel sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this work, chemically synthesized conductive polymers (CPs) and their composites were introduced for the first time as additive materials in gel-type valve-regulated lead–acid (VRLA) batteries to enhance electrical conductivity and charge transfer characteristics of the gel electrolyte. Polyaniline (PANi), polypyrrole (PPy), polythiophene (PTF), polyaniline/graphite (PANi/G), and polythiophene/graphite (PTF/G) were synthesized via chemical oxidative polymerization using different concentrations of monomers, and acids. The obtained powders were characterized using spectroscopic and microscopic techniques to determine their suitability for gel electrolyte applications. A series of gel systems were prepared by varying three key parameters: additive content, stirring time, and stirring rate, which are critical for gel optimization. Electrochemical analyses, including cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and Tafel extrapolation, were conducted to evaluate performance. The optimal conditions were identified as follows: 0.6 wt% PANi (90 min, 500 rpm), 0.6 wt% PANi/G (150 min, 500 rpm), 0.8 wt% PPy (60 min, 500 rpm), and 0.2 wt% PTF and PTF/G (30 min, 500 rpm). These systems exhibited superior electrochemical behavior in terms of redox activity, reduced charge transfer resistance, improved diffusion characteristics, and enhanced corrosion resistance. Galvanostatic charge–discharge (GCD) tests were performed on the optimized systems, with initial capacity measured at 5 mA g-1 and cycling stability evaluated over 200 cycles at 10 mA g-1. The results demonstrated significant improvements in coulombic efficiency, capacity retention, and cyclic stability compared to both fumed silica-based gel electrolyte and aqueous sulfuric acid electrolyte. The highest initial capacity was achieved by the PTF/G-based gel (55.75 mAh g-1), followed by PANi, PANi/G, PPy, and PTF systems, all outperforming the reference systems. Overall, the incorporation of CPs and their composites effectively enhance the electrochemical performance of VRLA gel electrolytes, highlighting their strong potential for advanced energy storage applications.
Benzer Tezler
- Landsat uyduları aracılığı ile elde edilen görüntülerin işlenmesinde kontrast artırma tekniklerinin tanımı ve bu tekniklere ilişkin bilgisayar programlarının hazırlanması üzerine bir çalışma
Başlık çevirisi yok
BİLHAN TABAK
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolEge ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Isı borusu prensibinin güneşli su ısıtıcılarına ve damıtmaya uygulanması
Başlık çevirisi yok
ALİ YÜCEL UYAREL
- Batı Anadolu linyitlerinin koklaşabilme özelliklerinin incelenmesi
The Investigation of cokingability properties of west-anatolia lignites
JALE YANIK
- Protein biyosentez inhibitörlerinin bazı bitki viruslarına etkileri üzerinde araştırmalar
Research on the effects of protein biosynthesis inhibitors on some plant viruses
SEBİLA AKSOY