Grafen destekli MnO2 esaslı hibrit nanokompozitlerin sentezlenmesi ve elektrokimyasal özelliklerinin karakterizasyonu

Yaşam tarzımızı tamamen değiştiren teknolojik cihazlar enerji ihtiyacını da beraberinde getirmiştir. Günlük hayatımızı en çok etkileyen enerji kaynağı olan şarj edilebilir lityum-iyon pil teknolojisini gelişmesinde katkılarından dolayı John B.Goodenough, M. Stanley Whittingham ve Akira Yoshino bu nedenle 2019 yılı Nobel kimya ödülünü almaya hak kazanmıştır. Ancak lityum- iyon piller sadece taşınabilir cihazlar değil, elektrikli araçlar ve sürdürülebilir enerji kaynakları arasında da kullanılabilmesi için geliştirilmeye mecburdur. Tipik bir ticari lityum iyon pilde 372 mAh/g'lık spesifik kapasiteye sahip grafit anot ve 137 mAh/g'lık spesifik kapasiteye sahip lityum kobalt oksit katot kullanılmaktadır. Geleceğin enerji kaynağı olarak kullanılması hedeflenen lityum-iyon pillerden ise daha yüksek enerji kapasitesi, daha düşük maliyet, çevreyle dost malzeme kullanımı ve zararsız üretim yöntemleri talep edilmektedir. Bu doktora tez çalışmasında lityum-iyon piller için yüksek performanslı ve uzun ömürlü katotları düşük maliyet ile üretebilmek için aktif malzeme olarak MnO2 seçilmiştir. Farklı MnO2 polimorfları hafif kimyasal yöntem olan mikrodalga destekli hidrotermal yöntem ile üretilmiştir. Destek malzemesi olarak üstün özellikler gösteren grafen seçilmiştir. Grafen, modifiye edilmiş Hummers yöntemi ile üretilen grafen oksitin kimyasal ve termal indirgenmesi ile iki farklı yöntem kullanılarak elde edilmiştir. Üretilen MnO2 polimorfları indirgenmiş grafen oksitler ile kombine edilerek serbest elektrot formunda hazırlanmıştır. Elde edilen serbest elektrot formundaki katotların elektrokimyasal testleri yarı hücrede gerçekleştirilerek en iyi performansa sahip katot AKİGO olarak(321 mAh/g) belirlenmiştir. Seçilen katoda Co katkılaması ve karbon kaplama işlemleri uygulayarak katot performansı iyileştirilmiştir. Optimize edilen katot LTO anot ile birleştirilerek tam hücredeki performansı 324 mAh/g'lık ilk deşarj kapasitesi elde edilmiştir. Tam hücre testleri ardından pil açılarak çevrim sonrası katot ve anot yapısı incelenmiştir.