Vanadyum diborürün sentezi, hava pili uygulamalarında kullanılması ve karakterizasyonu

Enerji depolama ve üretimi, elektrikli araç (EV) ve mobil cihazlar gibi uygulamalar için ciddi öneme sahip olan pil teknolojisinin geliştirilmesi üzerine uzun süredir çalışılmaktadır. Günümüzde 400 Wh kg-1 enerji yoğunluğu limitini zorlayan en son teknoloji Lityum-iyon pillerin teorik gerçek potansiyeli olan 600 Wh kg-1'a, önümüzdeki 5 yıl içerisinde ulaşılacağı öngörülmektedir; fakat 500-600 Wh kg-1'lık enerji kapasitesi bile EV'lar için tam olarak yeterli bir değer değildir. Üstelik çoğu araştırmacı, lityumun güvenliği ve toksikliği hakkında kaygı duymaktadırlar. Bu nedenle, son on yılda alternatif pil teknolojilerine yönelim için girilen arayış gittikçe daha önemli boyuta gelmiştir; çeşitli metal-hava pili teknolojileri de bu ihtiyaca cevap verme konusunda güçlü bir aday olarak göze çarpmaktadır. Zn-hava pilleri, 40 yıldan uzun bir zamandır ticari olarak işitme cihazlarında kullanılmaktadır. Diğer taraftan, Li-hava pili teknolojisinin geliştirilmesi üzerine yoğun bir çaba söz konusudur. Metal borürler, hava pillerinde kullanılmak için diğer bir potansiyel adaydır. Metal borürler içinde vanadyum diborür (VB2), 4060 mAh g-1'lık yüksek şarj kapasitesi ve 1.1 Volt değerinde bir deşarj platosu sunmasıyla borürler içerisinde dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, VB2 nanotozu jel yöntemi ile sentezlenmiştir. Amonyum metavanadat (NH4VO3) ve borik asit (H3BO3) vanadyum ve bor kaynağı olarak kullanılmış, şelat yapı oluşturulmasında da sitrik asit (C6H8O7) ve tartarik asit (C4H6O6) şelatlaşma ajanları olarak görev yapmışlardır. Elde edilen malzeme, B2O3 ve ß-rombohedral fazında bor safsızlıkları içerme ihtimali olan en az %98 saflıkta VB2'dür. Boro/karbotermal sentezindeki termodinamiksel yaklaşımla beraber şelatlaşma mekanizmaları arzu edilen stokiyometride VB2 elde etmek adına tanımlanmıştır. Son olarak, elde edilen anot malzemeden VB2-hava pili eldesinin adımları açıklanmış, elde edilen %56 Coulombic verimliliğin arttırılması ve şarj edilebilirlik mekanizması üzerine yorumlar yapılmıştır.