Anodun titanyum dioksit (TİO2) katkılı poli (etilen oksit) (PEO) nanokompozit ile kaplanarak lityum-iyon pilin performansının arttırılması

Şarj edilebilir lityum-iyon piller ikincil piller sınıfına girmektedir. Lityum-iyon pillerin performansını artırmak amacıyla yapısını oluşturan anot elektrodu, ayırıcı, elektrolit ve katot elektrodu gibi bileşenlerinin özelliklerini iyileştirmek için çalışmalar yapılmıştır. Lityum-iyon pillerin performansındaki artış pilin enerji yoğunluğu, özgül kapasitesi ve çalışma voltajı gibi özelliklerinin iyileştirilmesi gerçekleştirilebilmektedir. Bu özelliklerin iyileştirilmesi özellikle pili oluşturan elektrotların verimliliğini artırmakla sağlanabilmektedir. Lityum-iyon pillerin diğer şarj edilebilir pillere göre üstün özellikleri öncelikle lityum elementinin üstün özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Li metali; yüksek teorik kapasitesi (3860 mAh/g), düşük yoğunluğu (0.59 g/cm3) ve düşük redoks potansiyeli (standart hidrojen elektroduna karşı -3,04 V) nedeniyle anot malzemesi olarak tercih edilmektedir. Ancak lityum metali organik çözücülerle reaksiyona girebildiğinden ilk şarj/deşarj işlemleri sırasında bir yüzey filmi oluşmaktadır. Lityum ve elektrolit türleri arasında ani reaksiyonlar milisaniye veya daha kısa bir zamanda gerçekleşmektedir. Elektriksel olarak yalıtkan ve iyonik olarak iletken arayüz, katı elektrolit arafazı olarak adlandırılmıştır. Katı elektrolit arafazın oluşumu anodu ve elektrolidi tüketerek düşük verimliliğe yol açmaktadır. Ayrıca Li/elektrolit arayüzündeki lityum çözünmesi çukurlara ve boşluklara neden olarak ölü lityum oluşumuna ve lityum elektrodun bozulmasına neden olmaktadır. Bu tez çalışmasında, lityum metalinin elektrolit ile temasını engellemek ve dendritik büyümeyi bastırmak amacıyla lityum metal anot titanyum dioksit (TiO2) katkılı poli (etilen oksit) (PEO) nanokompozit ile kaplanmıştır. Kaplama tabakasının etkisini gözlemleyebilmek için kaplanmamış, PEO ile kaplanmış ve ağırlıkça %0,5, %1, %2,5 TiO2 katkılı PEO nanokompozit ile kaplanmış lityum metalleri anot olarak kullanılarak piller üretilmiştir. Üretilen pillere çevrim performansı, döngüsel voltametri, elektrokimyasal empedans spektroskopisi analizleri yapılmıştır. Kaplama tabakaları için X-ışını kırınımı, taramalı elektron mikroskobu, Fourier dönüşümlü kızıl-ötesi spektroskopisi, termogravimetrik analiz ve diferansiyel taramalı kalorimetre testleri yapılmıştır. Yapılan testler sonucunda ağırlıkça %1 TiO2 katkılı PEO nanokompozit ile kaplanmış anotların kullanıldığı piller yavaş şarj/deşarj akım yoğunluklarında 157,98 mAh/g ile en yüksek özgül kapasiteye sahip olmuştur. Anot yüzeyinin nano boyutlu TiO2 katkısı ile kaplanmasının 100 çevrim boyunca etkisi gözlenmiş ve testler ile performanstaki artış kanıtlanmıştır.