Lityum iyon piller için baskı teknolojilerine uygun LFP/RGO katotların geliştirilmesi

Bu tez çalışmasında lityum iyon piller için LiFePO4 (LFP) esaslı katotlar hammadde olarak düşük maliyetli demir nitrat içeren bileşikler ile baskı tekniğine uygun reolojik özelliklere sahip mürekkepler şeklinde sentezlenerek LFP/C/rGO elde edilmiştir. LFP esaslı pillerin mükemmel termal stabilitesi, çevre dostu olması ve yaygın kullanılabilirliği gibi avantajlara sahip olduğundan içerdikleri pozitif elektrotlar tercih edilen bir katot malzemesi olarak kabul edilmektedir. Fakat LFP pillerin doğası gereği zayıf elektriksel iletkenliği olduğundan karbon kaplama yöntemi uygulanmıştır. Dolayısıyla bu tez çalışmasında özgün olarak LFP'nin elektrokimyasal davranışını iyileştirmek ve iletkenliğine katkı sağlamak için karbon kaynağı olarak sükroz kullanılmıştır. Solüsyon yanma senteziyle farklı yakıt oranları denenerek önce LFP tozları üretilmiş ve üretilen bu tozlar yapısal ve morfolojik karakterizasyon yöntemlerine tabi tutularak faz yapısındaki ortaya çıkan sonuçlar sunulmuştur. LFP tozu sentezleme esnasında yakıt oranına göre gerçekleşen reaksiyon, giren yanma ürünleri az olduğu durumda yetersiz yanma oluşmuş fakat fazla olduğu durumda da reaksiyona daha fazla ısı girdisi sağladığından demirin de oksitlenmesine sebebiyet vermiştir. Denenen bu yakıt karışımlarından aralarında en iyi olan ürünler/yakıt oranı seçilerek (4:1) çevrim sonucu da gösterilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda pil fonksiyonu her ne kadar iyi olsa da deşarj kapasitesi 170 mAh g-1 teorik kapasitesinden hala uzakta kalmaktadır. İhtiyaç olan bu noktada LFP tozlarına karbon kaplayarak iletkenliğinin arttırılması için farklı oranlarda karışımlar hazırlayarak parametre çalışması yapılmıştır. Temelinde solüsyon sentezinin kullanılmasının asıl sebebi de budur. Çünkü diğer yöntemlere nazaran üretimi daha kolay ve daha az hammadde kullanılarak parametrik olarak sonuçları diğer sentez yöntemlerine göre çabuk şekilde almak mümkündür. En iyi yakıt oranında sonuç alınan LFP tozlarını aynı hacimdeki ayrı krozelerde farklı sükroz karışımlı tozları hazırlanmış ve kalsinasyona tabi tutularak karbon kaplı LiFePO4/C yapısına sahip kompozit tozlar üretilmiştir. Karbon kaplı LFP tozlarının iletkenlik ve çevrim sonuçları EIS sonuçlarıyla da desteklenerek iletkenliğin arttığı, iç direncin düştüğü desteklenmiştir. Bu sayede hem LFP/C kompoziti elde edilmiş hemde deşarj kapasitesi gibi özelliklerin önemli ölçüde iyileştirilebildiği gösterilmiştir. Hazırlanan LFP/C yapısındaki iletken ağa ek bir karbon katkısıyla kapasitenin arttırılabilmesi ve döngü performansının iyileştirilebilmesi mümkün olabilmektedir. Bunun için LFP/C kompozitine indirgenmiş grafen oksit (rGO) eklemek iletken ağa makul bir katkı yapmaktadır. rGO'nun elde edilme süreci, modifiye edilmiş Hummers yöntemi ile başlar. Ayrıca rGO'nun karbon siyahı 'dan (CB) daha yüksek bir iletkenliği vardır. Elde edilen LFP/C/rGO kompoziti bu sayede hem iletkenliği optimize edilebildiği hemde deşarj kapasitesi, döngü performansı gibi özelliklerinin iyileştirilebildiği gösterilmiştir. Son aşamada ise optimize edilmiş LFP/C/rGO kompoziti ile elektrot üretimi için baskılanmaya hazır mürekkepler sentezlenmiştir. Baskı elektroniği, elektronik devrelerin basılmasını içeren bir teknolojidir. Sensörler, şeffaf elektrotlar ve ışık yayan cihazlar gibi bileşenleri farklı şekillerde standart veya özel baskı işlemleri kullanılarak kâğıt, plastik ve tekstil gibi yüzeyler ve ekipmanlara baskılanabilmektedir. Dolayısıyla farklı oranlardaki hazırlanan mürekkep formlarının simülasyon analizleri ve testleri yapılarak bu çalışmada kullanılan serigrafi yöntemiyle baskılanmaya uygun reolojide mürekkepler hazırlanmıştır. Elde edilen sonuçlar literatüre katkı sağlayarak serigrafi yöntemiyle üretilecek pil elektrotları basma çalışmalarına da ışık tutması hedeflenmektedir.