Nafion modified nca cathode synthesis for superior cycling performance of lithium-ion batteries

Yüksek enerji yoğunlukluları ve taşınabilir boyutları sayesinde, lityum-iyon piller günümüz teknolojisinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Her ne kadar bilimsel araştırmalar yüksek performanslı anot materyallerine yönelik bir çok araştırma alanı sağlasalar da, anot elektrotuna göre daha düşük kapasiteye ve daha yüksek maliyetlere sahip olan katot elektrotlar, hep daha sınırlı araştırma alanında kalmıştır. Bu nedenle, katotların hem verimini hem de performanslarını arttırmak için son zamanlarda yoğun çalışmalar yapılmıştır. Üç katmanlı katot elektrotlarından birisi; elektrikli arabalar ve taşınabilir elektronik ekipmanların katotlarında kullanılan nikel, kobalt ve alüminyum oksitli (NCA) katot malzemeleridir. NCA katot malzemesi, yüksek kapasiteleri, enerji ve güç verimliliğine sahip olmaları gibi özellikleri sayesinde lityum iyon bataryalarında yaygın olarak kullanılan elektrot malzemeleri içersinde yer alır. Bu özelliklerinin yanında, NCA katot malzemeleri diğer katotlara göre daha düşük maliyetlerle üretilebildikleri içinde gelecek vaadeden elektrotlar arasındadır. NCA katot malzemelerinin teorik kapasiteleri 279,05 mAh/g dır. Bu katotlar farklı sentez metotlarıyla üretilebilir olma avantajlarına sahip olsalarda, yapılarında bulunan mikro ve nano boyuttaki çatlaklar ve çevrim içi testler sırasında elektrolit yapısından da kaynaklı yan reaksiyonlar sebebiyle çevrimli testler sırasında kapasitenin düşmesine ve pil yapısının bozulmasına neden olmaktadır. Başka bir deyişle, nafyon; iyonik iletkenliği ek bir direnç yaratmadan arttıran, yan reaksiyonları engelleyen ve katodun yapısında doğal veya kaplama sırasında varolan çatlakların arasını doldurarak katotu bir arada tutmayı sağlayan destek malzemesidir. Bu yüksek tezi çalışmasında, NCA katot malzemesinin sentezi 750 °C hava ortamında kimyasal çökeltme metodu kullanılarak yapılmıştır. Üretilen NCA toz malzemesi X-Işını Spektroskopisi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Indüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektroskopi (ICP) ile incelendikten sonra elde edilen NCA katot elektrotlar, Nafıon'un elektrokimyasal özelliklere ve NCA katot elektrotuna olan katkısını göstermek üzere; kıyaslamalı olarak rate kapasite testleri, cycling voltametre testleri ve elektrokimyasal empedans testleri ile incelenmiştir. Sonuçlar nafyon destekli NCA katot elektrodu ve saf NCA katodu şeklinde kıyaslanarak yorumlanmıştır.