Nafion modified nca cathode synthesis for superior cycling performance of lithium-ion batteries
Yüksek çevrim performanslı lityum iyon bataryalarının katot elektroları için dizayn edilmiş nafyon yüzey iyileştirmeli nca katot malzemeleri
- Tez No: 558565
- Danışmanlar: PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, DR. ÖĞR. ÜYESİ ALP YÜRÜM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek enerji yoğunlukluları ve taşınabilir boyutları sayesinde, lityum-iyon piller günümüz teknolojisinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Her ne kadar bilimsel araştırmalar yüksek performanslı anot materyallerine yönelik bir çok araştırma alanı sağlasalar da, anot elektrotuna göre daha düşük kapasiteye ve daha yüksek maliyetlere sahip olan katot elektrotlar, hep daha sınırlı araştırma alanında kalmıştır. Bu nedenle, katotların hem verimini hem de performanslarını arttırmak için son zamanlarda yoğun çalışmalar yapılmıştır. Üç katmanlı katot elektrotlarından birisi; elektrikli arabalar ve taşınabilir elektronik ekipmanların katotlarında kullanılan nikel, kobalt ve alüminyum oksitli (NCA) katot malzemeleridir. NCA katot malzemesi, yüksek kapasiteleri, enerji ve güç verimliliğine sahip olmaları gibi özellikleri sayesinde lityum iyon bataryalarında yaygın olarak kullanılan elektrot malzemeleri içersinde yer alır. Bu özelliklerinin yanında, NCA katot malzemeleri diğer katotlara göre daha düşük maliyetlerle üretilebildikleri içinde gelecek vaadeden elektrotlar arasındadır. NCA katot malzemelerinin teorik kapasiteleri 279,05 mAh/g dır. Bu katotlar farklı sentez metotlarıyla üretilebilir olma avantajlarına sahip olsalarda, yapılarında bulunan mikro ve nano boyuttaki çatlaklar ve çevrim içi testler sırasında elektrolit yapısından da kaynaklı yan reaksiyonlar sebebiyle çevrimli testler sırasında kapasitenin düşmesine ve pil yapısının bozulmasına neden olmaktadır. Başka bir deyişle, nafyon; iyonik iletkenliği ek bir direnç yaratmadan arttıran, yan reaksiyonları engelleyen ve katodun yapısında doğal veya kaplama sırasında varolan çatlakların arasını doldurarak katotu bir arada tutmayı sağlayan destek malzemesidir. Bu yüksek tezi çalışmasında, NCA katot malzemesinin sentezi 750 °C hava ortamında kimyasal çökeltme metodu kullanılarak yapılmıştır. Üretilen NCA toz malzemesi X-Işını Spektroskopisi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Indüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektroskopi (ICP) ile incelendikten sonra elde edilen NCA katot elektrotlar, Nafıon'un elektrokimyasal özelliklere ve NCA katot elektrotuna olan katkısını göstermek üzere; kıyaslamalı olarak rate kapasite testleri, cycling voltametre testleri ve elektrokimyasal empedans testleri ile incelenmiştir. Sonuçlar nafyon destekli NCA katot elektrodu ve saf NCA katodu şeklinde kıyaslanarak yorumlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Lithium-ion batteries, due to their high energy density and portable dimensions, play a very important role in today's technology. Although scientific research has provided many different areas for high-performance anode materials, cathode electrodes with their lower capacities and higher costs have always been less researched. With the advancement of battery technology, the research community has recently been carrying out various studies both on the yield and the performance of the cathode materials for lithium-ion batteries. One of the three-layer cathode electrode family is nickel, cobalt, and aluminum oxide (NCA) used in the positive electrode of electric cars and portable electronic equipment. The NCA cathode material provides higher capacities, energy and power efficiency, and is widely used in lithium-ion batteries. Besides these specifications, they are found among the most promising positive electrode because of two reasons, lower synthesis costs and promising electrochemical properties. The theoretical capacity of NCA cathode is 279.05 mAh /g. While these cathodes have the advantage of being produced via different synthesis methods, they can cause a decrease in capacity with time and degradation of the battery structure during cyclic tests due to micro and nanoscale cracks in the structures alongside reactions occurring over time. To overcome the main problem of NCA cathode, as established earlier, I focused on the Nafion-coated NCA electrode. It is expected that Nafion coated NCA cathode material may improve ionic and electronic conductivity by covering the surface and prevent the side reactions and thus stabilize the capacity under cycles, which may lead to an increment in the life span of NCA cathode. NCA cathode active material was synthesized by a modified co-precipitation method at 750°C in an air atmosphere. The obtained NCA powder was characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and inductively coupled plasma-mass spectrometry. To understand the surface and structure of the electrode, the pristine and nafion-coated electrodes were also structurally characterized with X-ray diffraction, scanning electron microscopy, inductively coupled plasma mass spectrometry as well as battery tests that were carried out on both electrodes to understand their cell characteristics. The results were comparatively interpreted for nafion supported NCA cathode electrode and pristine NCA cathode.
Benzer Tezler
- Çok duvarlı karbon nanotüp-nafyon-sisteamin modifiye tirozinaz biyosensörü tasarımı ve dopamin tayinine adaptasyonu
Design of a multiwalled carbon nanotube-nafion-csyteamine modified tyrosinase biosensor and its adaptation to dopamine determination
ERHAN CANBAY
- CeO2 nanoparçacıkları ve nafyon ile modifiye edilmiş camsı karbon elektrot kullanarak malahit yeşilinin elektrokimyasal davranışlarının incelenmesi
The electrochemical investigation behaviours of malachite green using CeO2 nanoparticles and nafion modified glassy carbon electrodes
ELİFE ÖZEN
- A novel method for synthesis of an alkaline polymer electrolyte membrane and its application in a fuel cell
Alkali polimer elektrolit membran sentezlemek için yeni bir yöntem ve yakıt pili uygulaması
AYDIN CAN ARAL
Doktora
İngilizce
2013
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET SİRKECİOĞLU
- Grafen-modifiye elektrotlar kullanarak kafein, parasetamol ve asetilsalisilik asidin ilaç preparatlarında eşzamanlı tayinine yönelik yöntem geliştirilmesi
Graphene modified electrode for simultaneous determination of paracetamol, aspirin and caffeine in the pharmaceutical formulations
AYDIN YİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
KimyaYüzüncü Yıl ÜniversitesiTemel Eczacılık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ YARDIM
- Bor katkılı nafion membranların sentezlenmesi ve H-tipi elektrokimyasal hücrede fenol giderimi etkinliğinin incelenmesi
Synthesis of boron-doped nafion membranes and investigation of phenol removal efficiency in an H-type electrochemical cell
SABRİ KALKAN
Doktora
Türkçe
2023
KimyaMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHADIR KÜRŞAD KÖRBAHTİ