Vanadyum dioksit temelli malzemeler ile çinko iyon batarya katotlarının geliştirilmesi

Çinko iyon piller, enerji depolama cihazlarında, yüksek enerjili pillerde ve enerji depolama büyük ölçekli elektrik şebekesinde geniş uygulama alanına sahip olan çevre dostu, toksik olmayan, iyi güvenlik, düşük fiyat ve bol metalik Zn kaynakları nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Sulu ZIB'ler de hafif asidik elektrolit çözeltileri kullanıldığı için glovebox veya yüksek saflıkta organik solventlere ihtiyaç duymadan ortam koşullarında üretilebilirler, bu nedenle ZIB'lerin ölçeklenebilir üretimi diğer pil teknolojilerine kıyasla çok hızlı ve uygun maliyetlidir. İkincil şarj edilebilir pil olarak, Zn iyon piller genellikle anot olarak metalik Zn ve katot olarak vanadyum/mangan bazlı veya Prusya mavisi benzeri bileşikler kullanır. Bu nedenle, yetenekli bir katodun keşfedilmesi, Zn iyon pillerin elektrokimyasal performansını önemli ölçüde artırabilir. Vanadyum elementinin çok değerliliği nedeniyle, vanadyum bazlı oksitlerin Zn iyon piller için katot olarak kullanımı uygun olacaktır. Bununla birlikte, vanadyum oksitler, düşük elektronik iletkenliğe, tatmin edici olmayan döngü performansına ve zayıf hız kabiliyetine sahip olup, Zn iyon pillerde uygulamalarını engeller. Çeşitli vanadyum bazlı oksitler arasında vanadyum dioksitin monoklinik fazı (VO2(M)) metal-yalıtkan-geçiş (MIT) özelliğine sahiptir ve 68 oC civarında rutil faza ((VO2(R)) dönüşür. MIT özelliği sayesinde VO2'nin iletkenliği önemli ölçüde artar ve elektrokimyasal özellikler de iyileşir. Bu çalışmada, VO2 tabanlı katotlara sahip yüksek performanslı ZIB cihazları üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Üretilen ZIB'ler, VO2 katotlarının MIT özelliği nedeniyle gelişmiş elektrokimyasal enerji depolama özelliklerine sahiptir. Sulu ZIB'lerde kullanılmak üzere düşük maliyetli ve çözelti bazlı yöntemlerle sentezlenen vanadyum dioksit bazlı malzemeler ve bunların grafen oksit kompozitlerinin belirgin avantajlar göstermesi bu tezin ana konusunu oluşturmuştur. Sulu ZIB'lerde kullanılmak üzere düşük maliyetli ve çözelti bazlı yöntemlerle sentezlenen vanadyum dioksit bazlı malzemeler ve bunların grafen oksit kompozitlerinin belirgin avantajlar göstermesi bu tezin ana konusunu oluşturmuştur. Bu bağlamda, ısıyla aktive olan VO2 ve bunların grafen oksit kompozitleri, yüksek performanslı katotlarda ve sulu Zn-iyon pil cihazlarında kullanılmıştır.