Lityum-iyon pili uygulamaları için karbon esaslı elektrod malzemelerin geliştirilmesi

Lityum iyon bataryalar, günümüz taşınabilir elektronik cihazların ve ilerinin elektrikli arabalarının enerji kaynakları olarak büyük ilgi görmektedirler. Hızlı şarj edilebilme, yüksek enerji depolama kapasitesi gibi özellikleri, kullanılan anot malzemesiyle direk ilintili olup, üstün özellikli anot malzemelerin kolay ve ucuz sentezi, günümüz elektronik cihazların etkinliğini ve elektrikli arabalar gibi bir üst düzey enerji sınıfı araçlarında kullanılabilirliğini arttıracaktır. Anot malzemesi olarak günümüzde en yaygın kullanılan malzeme grafittir. Grafit, uzun kullanım ömrü ve elektriksel iletkenliği ile avantajlı durumda olsa da sınırlı yüzey alanı ve kapasitesinden dolayı istenilen enerji değerini yakalayabilmek ancak birçok sayıdaki pilin seri bağlanması ile elde edilebilmektedir. Maliyetin ve toplam hacmin büyümesini önlemek için yüksek yüzey alanı/hacim oranına sahip, Li tutma kapasitesi yüksek malzemeler tercih edilmektedir. Bu bağlamda grafitin tek katmanı olarak tanımlanan grafen, yüksek yüzey alanı/hacim oranı, mekanik ve kimyasal dayanıklılığı; silisyum ise, yüksek lityum depolama kapasitesi ile oldukça dikkat çekmektedir. Öte yandan depolama sırasındaki yüksek hacim değişimleri, şarj ve deşarj esnasında anot ile bataryanın diğer elemanları arasındaki bağlantının kopmasına ve bataryanın çalışamamasına yol açmaktadır. Bu çalışmada amaç, tek aşamada, içerisinde homojen olarak dağılmış Si atomları bulunduran grafen yapıları elde etmek için özgün bir metot geliştirmektir. Böylesi yapıları elde etmek için, süreç olarak SiC tozların vakum dekompozisyonu seçilmiştir. Fakat dekompozisyon için gerekli yüksek sıcaklık ve yüksek vakum değerleri toz parçacıkların topaklanmasına yol açmaktadır. Bu yüzden, çalışmada aşılması gereken engellerden biri de dekompozisyon için gerekli yüksek sıcaklık değerini düşürmektir. Bu sebeple, öncelikle SiC tek kristal alttaşları ile dekompozisyon mekanizmasının ayrıntılı olarak incelenebilmesi ve bu teknolojinin SiC tozlarına uygulanması amaçlanmaktadır. Nihai amaç, Li-iyon bataryaların anotlarında kullanılma potansiyeline sahip, Si / grafen yapıları oluşturmaktır. Bu amaçla, SiC tek kristal alttaşları ile farklı hidrojen ve vakum tavlama süreleri sistematik olarak çalışılmış, oluşturulan yapılar incelenmiştir. Daha sonra burada elde edilen bilgiler ışığında SiC tozları ile deneyler gerçekleştirilmiş, oluşturulan yapılar tartışılmıştır.