3
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Heteroatom katkılı vanadyum dioksit malzemeler ile sulu çinko iyon batarya katotlarının geliştirilmesi
Sulu şarj edilebilir bataryalar arasında çinko iyon bataryalar (ZIB'lar), yüksek teorik özgül kapasiteleri, düşük redoks potansiyelleri, çinko metal bolluğu, güvenlikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Düşük maliyet ve yüksek güvenlik nedeniyle sulu ZIB'lar, şebeke ölçeğinde enerji depolama gibi büyük ölçekli uygulamalar için son derece çekici platformlardır. Bilinen en eski batarya türlerinden biri olmasına rağmen, şar edilebilir ZIB'lar henüz beklendiği gibi kullanım bulamamıştır. Sulu ZIB'lar, yüksek kapasite, kulombik verimlilik ve uzun süreli çevrim ömrü elde etmek için uygun katot malzemeleri bulmakta güçlük çekmektedirler. Çeşitli katot malzemeleri kullanarak kayda değer spesifik kapasiteler elde edilmiş olsa da, katot malzemelerinin stabilitesinden kaynaklanan zorluklar pratik uygulamaları büyük ölçüde engellemiştir. Bu nedenle, ZIB'ların düşük çevrim stabilitesini ve elektrokimyasal performansını çözmek için yüksek performanslı katot malzemelerine acil bir ihtiyaç vardır. Vanadyum dioksit (VO2), yüksek teorik kapasitesi ve yapısal özellikleri nedeniyle son yıllarda büyük ilgi görmektedir. VO2'nin katmanlı yapısı, kristal birim hücrede iyon katkısına izin verir. VO2'nin metal iyon katkısı, yüksek kapasitesini ve çevrim ömrünü elde etme potansiyeline sahiptir. Bu çalışmada, metal iyon katkılı VO2 katotları tasarladık ve bunları yüksek performanslı sulu ZIB cihazlarında kullandık. Seçilen Grup 1A metali (lityum,sodyum ve potasyum) ve geçiş metali (niobyum, molibden ve tungsten) iyonları çeşitli miktarlarda VO2 ile katkılanmıştır. Üretilen ZIB'lar, heteroatom katkılı VO2 katotları nedeniyle gelişmiş elektrokimyasal enerji depolama özelliklerine sahiptir. Metal-iyon katkılı vanadyum dioksit temelli malzemelerin hidrotermal yöntemle üretilmesi ve sulu ZIB'larda kullanılmasıyla bu tezin ana konusu olan dikkat çekici elektrokimyasal özellikler elde edildi. Bu bağlamda, metal iyon katkılı VO2 katotlu sulu Zn-iyon bataryalar, yüksek elektrokimyasal performans ve çevrim kararlılığı elde edecek şekilde üretildi ve karakterize edildi.
Vanadyum dioksit temelli malzemeler ile çinko iyon batarya katotlarının geliştirilmesi
Çinko iyon piller, enerji depolama cihazlarında, yüksek enerjili pillerde ve enerji depolama büyük ölçekli elektrik şebekesinde geniş uygulama alanına sahip olan çevre dostu, toksik olmayan, iyi güvenlik, düşük fiyat ve bol metalik Zn kaynakları nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Sulu ZIB'ler de hafif asidik elektrolit çözeltileri kullanıldığı için glovebox veya yüksek saflıkta organik solventlere ihtiyaç duymadan ortam koşullarında üretilebilirler, bu nedenle ZIB'lerin ölçeklenebilir üretimi diğer pil teknolojilerine kıyasla çok hızlı ve uygun maliyetlidir. İkincil şarj edilebilir pil olarak, Zn iyon piller genellikle anot olarak metalik Zn ve katot olarak vanadyum/mangan bazlı veya Prusya mavisi benzeri bileşikler kullanır. Bu nedenle, yetenekli bir katodun keşfedilmesi, Zn iyon pillerin elektrokimyasal performansını önemli ölçüde artırabilir. Vanadyum elementinin çok değerliliği nedeniyle, vanadyum bazlı oksitlerin Zn iyon piller için katot olarak kullanımı uygun olacaktır. Bununla birlikte, vanadyum oksitler, düşük elektronik iletkenliğe, tatmin edici olmayan döngü performansına ve zayıf hız kabiliyetine sahip olup, Zn iyon pillerde uygulamalarını engeller. Çeşitli vanadyum bazlı oksitler arasında vanadyum dioksitin monoklinik fazı (VO2(M)) metal-yalıtkan-geçiş (MIT) özelliğine sahiptir ve 68 oC civarında rutil faza ((VO2(R)) dönüşür. MIT özelliği sayesinde VO2'nin iletkenliği önemli ölçüde artar ve elektrokimyasal özellikler de iyileşir. Bu çalışmada, VO2 tabanlı katotlara sahip yüksek performanslı ZIB cihazları üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Üretilen ZIB'ler, VO2 katotlarının MIT özelliği nedeniyle gelişmiş elektrokimyasal enerji depolama özelliklerine sahiptir. Sulu ZIB'lerde kullanılmak üzere düşük maliyetli ve çözelti bazlı yöntemlerle sentezlenen vanadyum dioksit bazlı malzemeler ve bunların grafen oksit kompozitlerinin belirgin avantajlar göstermesi bu tezin ana konusunu oluşturmuştur. Sulu ZIB'lerde kullanılmak üzere düşük maliyetli ve çözelti bazlı yöntemlerle sentezlenen vanadyum dioksit bazlı malzemeler ve bunların grafen oksit kompozitlerinin belirgin avantajlar göstermesi bu tezin ana konusunu oluşturmuştur. Bu bağlamda, ısıyla aktive olan VO2 ve bunların grafen oksit kompozitleri, yüksek performanslı katotlarda ve sulu Zn-iyon pil cihazlarında kullanılmıştır.
Farklı çevrim sayısı ve hızlarda lityum iyon pillerin elektrokimyasal empedans analizi
Bu çalışma, farklı çevrim sayıları ve hızlarda lityum iyon pillerin elektrokimyasal empedans analizine odaklanmaktadır. Elektrokimyasal empedans analizi, pillerin performansını değerlendirmek ve optimize etmek için kullanılan güçlü bir tekniktir. Bu araştırmanın amacı, farklı çevrim sayıları ve hızların lityum iyon pillerin elektrokimyasal özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmaktır. Bu etkiler arasında elektrokimyasal arayüzlerin direnci, elektrokimyasal reaksiyon hızları ve pilin iç direnci gibi parametreler yer almaktadır. Farklı çevrim ve şarj/deşarj hızları altında pillerin empedans davranışının analiz edilmesi, performansları hakkında değerli bilgiler sağlayabilir. Bu çalışmanın bulguları, enerji depolama kapasitesi geliştirilmiş ve daha uzun çevrim ömrüne sahip lityum iyon pillerin tasarımı ve geliştirilmesine katkıda bulunabilir. Ayrıca, bu araştırma, çeşitli uygulamalarda lityum iyon pillerin performansını optimize etmek için değerli bilgiler sunabilir ve daha verimli enerji depolama sistemlerine yol açabilir.