Elektrikli araç batarya paketlerinde polimer nanokompozit malzeme kullanımlarının araştırılması

Bu tez çalışmasında, elektrikli araç (EV) batarya paketlerinde kullanılmak üzere hibrit polimer nanokompozitler geliştirerek, bu nanokompozitlerin termal ve mekanik özelliklerinin iyileştirirken elektriksel yalıtımlarının korunması hedeflenmiştir. Elektrikli araçlara olan talep arttıkça, düşük menzil ve batarya performansı gibi temel sorunların çözülmesi önemli hale gelmiştir. Bu soruna karşı geliştirilebilecek çözümlerden biri de aracın ağırlığını azaltmaktır. Böylelikle enerji tüketimi azalacak ve batarya ömrü artabilecektir. Bu amaçla, hafif, maliyet açısından uygun ve geri dönüştürülebilir polimer nanokompozitlerin, otomotiv üretiminde kullanılan geleneksel ağır metallerin yerine bir alternatif olabilmeleri önem kazanmıştır. Bu çalışmada, polimer matris olarak polipropilen (PP) seçilmiştir. İlk aşamada, PP'nin termal iletkenliğini ve mekanik dayanımını artırmak amacıyla eşit miktarlarda hegzagonal bor nitrür (hBN) ve silisyum karbür (SiC) katkıları, farklı toplam ağırlıkça oranlarda (%20, %40 ve %50) PP matris içerisine eklenerek PP/hBN/SiC nanokompozitler üretilmiştir. İkinci aşamada ise, katkıların polimer matrisi ile uyumunu artırabilmek ve nanokompozit yapının nihai özelliklerini iyileştirmek amacı ile, hBN ve SiC parçacıklarının tetraetil ortotitanat (Ti) ile kaplandığı PP/Ti/hBN/Ti/SiC polimer nanokompozit numuneler de benzer ağırlıkça oranları (%20, %40 ve %50) ile üretilmiştir. Numuneler, mekanik karıştırma ve basınçlı kalıplama yöntemleri ile karakterizasyon yöntemlerine uygun olarak hazırlanmışlardır. Bu çalışma, polipropilen matrisine hexagonal bor nitrür ve silisyum karbür katkılarının eklenmesinin, malzemenin mekanik, termal, elektriksel ve yangın dayanım özellikleri üzerinde önemli iyileşmeler sağladığını göstermektedir. Katkı oranı arttıkça, polipropilenin elastik modülü %57 oranında artmış ve mekanik sertlik belirgin şekilde iyileşmiştir; ancak %40 ve %50 gibi yüksek katkı oranlarında bazı mekanik özelliklerde azalmalar gözlemlenmiştir. Ayrıca, titanat uyumlaştırıcı ajanının katkı maddelerinin homojen dağılımını sağlayarak esneklik ve darbe dayanımını artırdığı da bulunmuştur. Çekme dayanımında, özellikle %40 ve %50 katkı oranlarında belirgin azalma gözlemlenirken, titanat kaplamalı numunelerde çekme dayanımı daha az düşmüştür. Termal analizler, katkıların PP'nin ısıl özelliklerini iyileştirirken, aşırı katkı oranlarının olumsuz etkiler yaratabileceğini de göstermiştir. Termal iletkenlik, %20 hBN/SiC katkılı numunelerde saf PP'ye kıyasla %216 artarken, titanat kaplamalı numunelerde bu artış %248'e çıkmıştır. Bu sonuçlar, polipropilen bazlı nanokompozitlerin endüstriyel uygulamalar için potansiyel taşıdığını ve optimizasyon gerekliliğini vurgulamaktadır. Bu çalışma, Doç. Dr. Meral AKKOYUN KURTLU'un yürütücüsü olduğu 223M505 numaralı TÜBİTAK 1002-A projesi kapsamında tamamlanmıştır.