Li-o2 solunum pili katotlarında elektrokimyasal enerji depolamaya yeni̇ bir yaklaşım olarak M13 virüs şablonu

Lityum-Oksijen piller sahip olduğu yüksek teorik enerji yoğunlukları(11,140 Wh kg-1) sebebiyle geleceğin enerji depolama sistemleri arasında ön plana çıkmaktadır. Deşarj prosesinde oksijen katotta indirgenerek (Oksijen indirgeme reaksiyonu, ORR) lityum ile reaksiyonu sonucu Li2O2 oluşturmakta ve şarj sırasında tersinir olarak bozunmaktadır (Oksijen evrim reaksiyonu, OER). Katotta kullanılan katalizörler OER/ORR reaksiyonlarını geliştirmekte ve Li-O2 sistemlerin elektrokimyasal kararlılıklarını arttırmaktadır. Efektif OER ve ORR reaksiyonları için üretilecek katot yapılarının oksijen difüzyonuna imkân veren gözeneklere sahip olması, lityum iyonlarını hızlı ileten, kimyasal kararllığa sahip iyi katalitik etki göstermesi gerekmektedir. Bu amaçla, metal nanopartikülleri ve alfa-mangan oksit nanoçubuklar ile dekore edilmiş indirgenmiş grafen oksit üretimi gerçekleştirilmiştir. Soymetaller (Pd, Ru), OER reaksiyonları için katalitik etki göstererek şarj aşırı gerilimini düşürmekte ve çevrim kararlılığının oluşmasını sağlamaktadır. MnO2 iyi oksijen indirgeme, yüksek katalitik aktivite ve düşük maliyet gibi avantajları sebebiyle Li-O2 pillerde kullanılan fonksiyonel geçiş metal oksit yapılarıdır. Bu çalışmada, ilk aşamada MnO2 yüzeyine Rutenyum nanopartikülleri dekore edildikten sonra ağırlıkça %50 grafen ile bilyalı değirmen yardımıyla kompozit haline getirilmiştir. Üretilen elektrotlar 800 mAh g-1 limitli kapasitede kararlı 40 çevrim göstermiştir. rGO/Pd/α-MnO2 hibrit nanokompozitinde 7500 mAh g-1 ilk çevrim kapasitesi ve kararlı 50 çevrim değerlerine 0.4 V polarizasyon ile ulaşılmıştır. Pd nanopartikülleri, Ru nanopartiküllerden daha yüksek kararlılık göstermiştir. Farklı grafen miktarları (%100, %75, %50) içeren grafen temelli elektrotlar hazırlanmıştır. Grafen kullanımı ile yan reaksiyonların oluşumu engellenerek Li-O2 pillerde daha iyi performans elde edilmiştir. Diğer yandan bitki özü ve M13 virüsleri grafen oksit'in indirgenmesi ve MnO2 nanoçubukların üretilmesinde kullanılmıştır. Biyomalzemelerin kullanımı ile çevre dostu ve bio uyumlu yöntemler ile ileri nanomalzemelerin üretimi sağlanmıştır. Bu tez çalışması, α-MnO2 nanoçubukların ve metal nanopartiküllerin grafen üzerine dekore edilerek sinerjik etkiler ile çevrim kararlılığı ve kapasitenin arttırılarak yüksek verimli Li-O2 pillerin geliştirilmesini konu edinmiştir.