Grafen takviyeli CuO anot elektrotlarının tasarımı ve Li-iyon pil uygulamaları

Lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunlukları, uzun çevrim ömrü ve raf ömrü, geniş kullanım sıcaklık aralığı, hızlı şarj edilebilirlik, yüksek enerji verimliliği gibi özelliklere sahip olmaları nedeniyle taşınabilir elektronik cihazlar için son zamanlarda öne çıkan güç kaynaklarındandır. Günümüzün artan enerji ihtiyacını karşılayabilmek amacıyla, enerji yoğunluğunun daha da arttırılması için, daha yüksek kapasiteli yeni elektrot malzemelerinin geliştirilmesi kaçınılmazdır. Bugüne kadar, lityum iyon pillerde geleneksel anot malzemesi olarak grafit kullanılmıştır, ancak grafitin teorik kapasitesi (372 mAhg-1), LiC6 oluşumu nedeniyle sınırlıdır. Bu nedenle, şimdiye kadar karbon nano malzemeler, silikon malzemeler ve geçiş metali oksitler (MxOy, M = Fe, Co, Ni, Sn, Cu, vb.) dahil olmak üzere yüksek kapasiteli anotlar geliştirmek için çaba gösterilmiştir. Metal oksitler arasında CuO, bolluğu, düşük maliyeti, kimyasal stabilitesi, yüksek teorik kapasitesi (674 mAhg-1) ve çevre dostu olması nedeniyle umut verici bir adaydır. Bununla birlikte, saf CuO elektrotları, şarj / deşarj döngüleri sırasındaki yüksek C-hızlarında, yüksek hacim değişimlerinin sebep olduğu düşük iletkenlik ve morfolojik değişimlerden dolayı zayıf çevrimden ve düşük kapasiteden muzdariptir. Az miktarda yüksek kaliteli grafen ve karbon nanotüp, lityum iyon pillerin yüksek enerjili depolama kapasitesini korurken, gücünü ve döngüsel kararlılığını arttırabilmektedir. Grafen, yüksek yüzey alanlarına (2630 m2 g-1 teorik değeri), şarj taşıyıcılarının hareketliliğine (200.000 cm2 V-1 s-1) ve geniş elektrokimyasal pencereye sahip tek atom kalınlığında ve iki boyutlu sp2 hibridizasyonu ile bağlanmış karbon katmanlarının eşsiz bir yapısını göstermektedir. Karbon nanotüpler ise anotların hem elektrik iletkenliğini arttırmaktadır hem de uzun süre kararlı bir şekilde çalışmasını sağlamaktadır. Bu özellikler grafeni ve karbon nanotüpü, lityum iyon pilde yüksek performans sunan aktif malzemeleri sabitlemek için kullanılan ideal iki boyutlu destekleyici bir malzeme haline getirmektedir. Bu tez çalışmasında, nano çubuk formunda CuO nanopartikülleri sentezlenmiş ve elde edilen yapılar grafen ve karbon nanotüp ile takviye edilerek hibrit kompozit serbest elektrotlar üretilmiştir. Elde edilen serbest elektrotların kimyasal ve fiziksel özellikleri incelenmiş ve elde edilen serbest elektrotların detaylı bir elektrokimyasal incelemesi yapılmıştır.