SODYUM İYON PİLLERDE KULLANILAN O3-NaNi1/3Mn1/3Fe1/3O2 KATOT AKTİF MADDESİNİN ELEKTROKİMYASAL ÖZELLİKLERİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ


Öğrenci: Nazlı Özdemir

Danışman: Şaban Patat

Tabakalı yapıdaki O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2, şarj edilebilir sodyum iyon pillerde katot aktif madde olarak kullanılmaktadır. O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 ucuz, çevre dostu ve üretimi kolay olmasına karşın şarj/deşarj sırasında kapasite kaybına ramakta ve güç yoğunluğu düşüktür. Kapasite kaybını azaltmak ve güç yoğunluğunu artırmak için elementlerden birini başka bir element ile yer değiştirme, karbon gibi iletken bir madde ile kaplama ve tanecik boyutunu küçültme gibi yöntemler uygulanmaktadır.

Bu çalışmada O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 yapısındaki bir kısım Mn iyonunun Ca ve Ti gibi elementler ile yer değiştirmesinin kapasite kaybı ve spesifik güç yoğunluğuna olan etkisi incelendi. Bu amaçla O3-NaNi1/3Fe1/3Mn0.29Ca0.02Ti0.02O2 maddesi sentezlendi.

Sentezlenen maddeler X-ışınları toz kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve iletkenlik ölçümleri ile karakterize edildi.

Elektrokimyasal özellikleri ölçmek için O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 ve NaNi1/3Fe1/3Mn0.29Ca0.02Ti0.02O2 maddelerinin çalışma elektrodu, sodyum metalinin karşıt ve referans elektrot ve 1M NaClO4’ın ağırlıkça 1:1 oranında etilen karbonat-dietil karbonat karışımındaki çözeltisinin elektrolit olarak kullanıldığı elektrokimyasal hücreler hazırlandı. Hazırlanan elektrokimyasal hücreler 0.05 C, 0.1C, 0.5C, 2C ve 3C 1C (1C= 241 mAh g-1) akım yoğunluğu ve 1.5-4.1V voltaj aralığında şarj/deşarj edildi.

Elektrokimyasal ölçüm sonuçlarına göre NaNi1/3Fe1/3Mn0.29Ca0.02Ti0.02O2 maddesinin spesifik kapasitesi ve güç yoğunluğunun NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 maddesinden daha büyük (140 mAh/g) ve 30 döngü sonunda kapasite kaybının daha az olduğu bulunmuştur.