Sodyum iyon pil uygulamaları için fosfor/karbon kompozitlerinin sentezi ve elektrokimyasal karakterizasyonu

Rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynakları, fosil yakıtların tükenmesi ve çevresel kaygılar nedeniyle önemleri gün geçtikçe artmaktadır. Mevcut hali ile yer kabuğunda az bulunan lityum kaynaklarının gün geçtikçe azalması ve maliyetlerinin artması bir takım yüksek ölçekli enerji depolama uygun aday olamamasını sağlamaktadır. Ancak, sodyumun yer kabuğunda bol bulunması ve ve ucuz olmasının yanı sıra lityum ile benzer kimyasal özellikler sergilemesi enerji depolama hususunda önemini gün geçtik artmaktadır. Bu nedenle, son yıllarda sodyum iyon pillerin üzerine gidilerek daha fazla araştırma yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında, sodyum iyon pillerde anot elektrodu olarak umut vaat eden kırmızı fosfor seçilmiştir. Ancak söz konusu anot elektrotlarının çevrim performansları henüz tatmin edici seviyede değildir. Deneysel çalışmalar yoluyla partikül boyutları küçültülmüş ve yüzeylerinde iletken karbon tabaka oluşturularak, P/karbon nanotüp ve P/grafen nanokompozitleri sentezlenmiştir. Bunun yanı sıra mekanik alaşımlama yöntemi ile farklı sürelerde fosforun tane boyutları önemli ölçüde küçültülmüştür. Ayrıca, bu elektrot malzemelerinin morfolojisinin ve sodyum depolama mekanizmasının etkileri, alan emisyon taramalı elektron mikroskopisi ve X-ışını toz difraksiyonu de dahil olmak üzere çeşitli karakterizasyon teknikleri kullanılarak araştırılmıştır. P/KNT kompozitleri, sadece mikro boyutlu kırmızı fosforun KNT'lerle bilyalı değirmende öğütülerek karıştırılmasıyla hazırlanmıştır. Bu şekilde hazırlanan P/KNT kompoziti, beklenmedik bir şekilde, oldukça tersinir sodyum depolamaya sahip olduğu gözlenmiştir. Kötü elektron iletkenliğinin ve kırmızı P'nin muazzam hacim genişlemesinin, kırmızı P'nin geri dönüşümünü ve döngü kararlılığını engelleyen başlıca engeller olduğu sonucuna varılmıştır. Bu problemleri engellemek için Bölüm 2'de bazı yöntemlerden bahsedilmiştir. Bunlardan biri bilyali öğütme yöntemiyle (P/Grafen) kompozitleri hazırlamak için P, grafen nanoyaprakları ile kombine edilmiştir. Böylece P'nin parçacık boyutu azaltılıp grafen nano yaprakları arasına eklenmiştir. Buna ek olarak P/Grafen kompozitinde, fosforokarbon bağları oluşturulmuştur. Bu sonuçlar ışığında P/C kompoziti 100 mA g-1 akım yoğunluğunda 1550 mA g-1'lık tersinir kapasite değeri sağlamış ve 10 çevrim sonunda kapasitesinin %82,5'ini koruyarak mükemmel çevrim kararlılığı göstermiştir.