Silisyum grafen esaslı hibrit nano kompozit anot elektrotlarının sentezi ve li-iyon pil uygulamaları

Anahtar kelimeler: Li-İyon Pil, Nano, Silisyum, Grafen, Yolk-shell Yüksek enerji yoğunluğu ve uzun çevrim ömürlerine sahip olmaları nedeniyle, lityum iyon bataryalar (LIB) mobil cihazlar, elektrikli araçlar ve enerji depolama sistemleri için umut verici güç kaynakları olarak görülmektedirler. Lityum iyon pillerin genel performansının belirlenmesinde anot malzemeleri hayati bir öneme sahiptirler. Yüksek kapasiteli yeni nesil lityum iyon pillere olan taleplerin artmasıyla, çok yüksek teorik kapasiteye sahip olan silisyum (Si) (4.200 mAh/g) dikkat çekici bir anot elektrotu haline gelmiştir. Bunun yanı sıra, Si yerkabuğunda bulunan en fazla bulunan ikinci elementtir ve çevreye herhangi bir zararı bulunmamaktadır. Li-Si sisteminin teorik olarak çok yüksek kapasite değerlerine sahip olmasına karşılık ticari olarak kullanımı elektrokimyasal alaşımlama/dealaşımlama işlemleri sırasında meydana gelen % 300'lük bir hacimsel genleşmeden dolayı sınırlıdır. Söz konusu hacimsel genleşme Si yüzeyinde oluşan koruyucu katı elektrolit fazlarını (SEI) bozarak, pil çevrimlerinde Kulombik verimlilik değerlerinin düşmesine neden olmaktadır. Sonuç olarak, meydana gelen hacimsel genleşmeler Si partiküllerinin parçalanmasına ve akım toplayıcı üzerinden dökülerek elektrokimysal performansın önemli ölçede düşmesine neden olmaktadır. Söz konusu problemlerin giderilmesi hususunda karbon esaslı bir matrisin kullanılması Si'un hacimsel genleşmesini önemli ölçüde engelleyecektir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında nano boyutta silisyum, tetraetil ortosilikat (TEOS) ve karbon ile kaplanarak yumurta sarısı/kabuk modelinde nanopartiküller sentezlenmiş ve elde edilen kompozit yapılar grafen ile takviye edilerek hibrit kompozit serbest elektrotlar üretilmiştir. Üretilmiş olan serbest elektrotların fiziksel ve kimyasal özellikleri farklı yöntemlerle analiz edilmiştir. Anot malzemesi olarak tasarlanmış serbest elektrotlardan CR2016 düğme tipi hücreler üretilmiş ve elektrokimyasal özellikleri de incelenmiştir. Elektrokimyasal testler sonrasında elde edilmiş sonuçlar, Si/C/Grafen ve yumurta sarısı/kabuk Si-C/Grafen nanapartikülleri hibrit kompozit yapılarının ticari olarak kullanılmakta olan grafite göre daha üstün özelliklerinin olduğunu göstermiştir.