Lityum kükürt piller için nanodolgulu kompozit membranların geliştirilmesi

Elektrikli araçların kullanımının yaygınlaşması, uygun boyut ve sürüş aralığına sahip yüksek enerji yoğunluklu enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesini gerektirmiştir. Ortaya çıkan pil sistemleri arasında lityum kükürt (Li-S) piller, en son teknoloji ürünü Li-iyon pillerden 5 kat daha fazla teorik enerji yoğunluğuna sahip olması nedeniyle, özellikle büyük kapasite ve uzun pil ömrü gerektiren uygulamalar için dikkat çekmektedir. Li-S pillerde kapasite kaybına neden olan en önemli etmenlerden biri sıvı elektrolitte polisülfürlerin çözünmesi, sonrasında da anot ve katot arasında mekik hareketi gerçekleştirmesidir. Bu sebeple Li-S pilde kapasite korunumunun sağlanabilmesi için sıvı elektrolit yerine iyon değiştirici membranların kullanılması son zamanlarda araştırma konusu olmuştur. Proton değiştirici birer membran olan Nafion ve Aquivion bu amaçla kullanılabilmektedir. Bu polimerler perfloroetilen omurgasına bağlı sülfonik asit grupları içeren perfloroeter yan zincirlerinden oluşmaktadır. Bu polimerlerin lityumlanması ile pillerde Li+ iyon değiştirici elektrolit ve aynı zamanda seperatör olarak kullanımı mümkün olmaktadır. Bu tez çalışmasında, lityumlanmış Nafion ve Aquivion temelli, Al2O3 nanodolgu takviyeli hibrit kompozit iyon değiştirici membranlar geliştirilmiştir. Çalışmalarda önce, çözelti halindeki Nafion ve Aquivion iyonomerlerinin lityumlanarak toz halinde üretimi sağlanmış, bu tozlar ile film halinde Li-Naf, Li-Aqu ve bu iyonomerlerin belirli oranlarda karıştırılması yoluyla da Li-Naf:Li-Aqu hibrit membranlar hazırlanmıştır. Daha sonra, gerçekleştirilen yapısal ve elektrokimyasal karakterizasyonlar sonucunda en yüksek iletkenlik ve elektrokimyasal performans gösteren Li-Naf:Li-Aqu/1:2 bileşime Al2O3 nanodolgu takviyesi yapılarak hibrit kompozit membranlar üretilmiştir. Üretilen membranların, iyon değiştirme kapasitesi, polisülfür geçişi ve şişme davranışı incelenerek çekme testi, FTIR, XRD, TGA ve FESEM ile yapısal karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Elektrokimyasal analizleri gerçekleştirmek amacıyla CR2032 yarı hücreler oluşturulmuştur. Membranların elektrokimyasal performansları dönüşümlü voltametri, elektrokimyasal empedans spektroskopisi ve galvanostatik şarj-deşarj testleri ile incelenmiştir. Çalışmalar sonunda, 1:2 oranında lityumlanmış Nafion ve Aquivion kullanılarak elde edilen hibrit membranın daha yüksek elektrokimyasal performans sunduğu görülmüştür. Bu membrana %1 oranında Al2O3 nanodolgu takviyesi yapıldığında da en iyi elektrokimyasal performansı sağlamıştır.