Silisyum katkılı polimerik anot elektrotlara sahip lityum iyon bataryaların CO2 ortamındaki performansının araştırılması
Investigation of the performance of lithium ion batteries with silicon doupted polymeric anode electrodes in CO2 environment
- Tez No: 784372
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELDA TOPÇU ŞENDOĞDULAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Mühendislik Bilimleri, Energy, Polymer Science and Technology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Li İyon Bataryalar, Si Anot, Polimerik Bağlayıcı, CO2 ile tavlama, Elektrotlar, Elementler, FTIR, Kobalt, Polimerik yapılar, Silisyum, Li-Ion Batteries, Si Anode, Polymeric Binder, Annealing with CO2, Electrodes, Elements, FTIR, Cobalt, Polymeric structures, Silicon
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektrikli araçlar ve yenilenebilir enerji depolama birimlerindeki yüksek güç kaynaklarına yönelik artan talepler, yüksek enerji yoğunluğuna sahip yeni nesil Li-iyon pilleri geliştirmeye yönelik araştırma ilgisi uyandırmıştır. Silisyum (Si) grafitten 10 kat daha yüksek özgül kapasiteye (3579 mAh g^(-1)) sahiptir ve yeni nesil LIB'ler için en umut verici aday olarak kabul edilmektedir. Bunun yanı sıra Si anotlar işlem sırasında büyük hacim değişikliği nedeniyle zayıf çevrim ömrü ve düşük kulombik verime sahiptir. Yapılan çalışmalarda bağlayıcı seçiminin hücre performansını önemli ölçüde etkilediği ortaya çıkmıştır. Polimerik bağlayıcılara dayanan iyileştirilmiş çevrim ömrü Si anot araştırmalarında önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Bu çalışmada Si mikro partikül katkılı, yapıda bağlayıcı olarak kullanılan polimerlerin hacimsel genişlemesi esnasında oluşan çatlakların önlenmesi için hazırlanan elektrot CO2 ortamında 1180˚C, 8.1 MPa atmosferinde süper kritik noktada tavlanmıştır. Çalışma kapsamında hiçbir işlem uygulanmamış anot elektroda ve geleneksel ısıl işlem ile tavlanmış anot elektroda, kronopotansiyometrik ölçüm, optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşüm kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ölçümleri uygulanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda CO2 öncesi anot elektrot ile hazırlanan hücre 50 döngü sorunda %29,1 oranında kapasitesini korurken skCO2 ortamında tavlanan numune ile hazırlanan hücre 50 döngünün sonunda %77,5 oranında kapasitesini koruduğu gözlemlendi. Tüm bu sonuçlar göz önünde bulundurulduğunda CO2 ile tavlama işleminin, L-iyon pilin performansını artırmak için uygun ve çekici bir teknik olduğu gözlemlenmektedir.
Özet (Çeviri)
Increasing demands for high power sources in electric vehicles and renewable energy storage have sparked research interest in developing next-generation Li-ion batteries with high energy density. Silicon (Si) has a specific capacity (3579 mAh g-1) 10 times higher than graphite and is considered the most promising candidate for next-generation LIBs. In addition, Si anodes have poor cycle life and low coulombic efficiency due to large volume changes during processing. Studies have shown that the choice of binder significantly affects cell performance. The improved cycle life based on polymeric binders represents a significant advance in Si anode research. In this study, the electrode prepared to prevent cracks that occur during the volumetric expansion of Si micro-particle doped polymers used as binders in the structure was annealed at a supercritical point at 1180˚C, 8.1 MPa atmosphere in CO2 atmosphere. Within the scope of the study, chronopotentiometric measurement, optical microscope, scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy and atomic force microscopy (AFM) measurements were applied to the anode electrode without any treatment and to the anode electrode annealed with conventional heat treatment. As a result of the studies, it was observed that the cell prepared with the anode electrode before CO2 maintained its capacity at the rate of 29.1% in 50 cycles, while the cell prepared with the sample annealed in skCO2 environment maintained its capacity at the rate of 77.5% at the end of 50 cycles. Considering all these results, it is observed that annealing with CO2 is a suitable and attractive technique to improve the performance of the L-ion battery.
Benzer Tezler
- Enerji depolamada yenilikçi karbon yapılı esnek yüzeylerin üretimi ve analizi
Production and analysis of novel carbon structured flexible surfaces for energy storage applications
ESRA ŞERİFE KILIÇ
Doktora
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DEMİR
- Porosity generation and optimization of silicon-based anodes for high energy density lithium ion batteries
Yüksek enerji yoğunluklu lityum iyon bataryalar için silisyum bazlı anotlarda gözenek geliştirilmesi ve optimizasyonu
NESLİHAN YUCA
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Silisyum katkılı polimerik anot elektrotların verimliliğinin arttırılmasında karbondioksit ile tavlanmanın etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of CO2 annealing on increasing the efficiency of silicon doped polymeric anode electrodes
MÜSLÜM GÜVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
KimyaErciyes ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT ŞENDOĞDULAR
- Production of dye sensitized solar cell and optimization of production parameters
Boya uyarımlı güneş pillerinin üretimi ve üretim parametrelerinin optimizasyonu
RAMAZAN ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Yarı iletken polimerlerden hazırlanan ince filmlerin elektriksel ve spektroskopik özelliklerinin incelenmesi ve organik güneş hücreleri
The electrical and spectroscopic properties of the prepared semiconductor thin films of polymers and organic solar cells
MEHMET SELİM AKTUNA
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU