Silisyum katkılı polimerik anot elektrotların verimliliğinin arttırılmasında karbondioksit ile tavlanmanın etkilerinin araştırılması

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, --, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2021

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: MÜSLÜM GÜVEN

Danışman: Levent Şendoğdular

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Günümüzde kullanılan Li-iyon pil hücrelerinde anot olarak yaygın şekilde kısmen düşük spesifik kapasiteye sahip olan (370 mAh.g-1) grafit ya da karbon türevleri kullanılmaktadır. Silisyum ise mevcut elementler arasında en yüksek spesifik kapasiteye (~ 4000 mAh.g-1) sahip potansiyel anot malzemesidir. Ancak şarj-deşarj esnasında yapıda bulunan silisyum partiküllerinin tamamen parçalandığı ve katı elektrolit katmanı oluşturarak sistemde kapasitenin düşmesine neden oldukları bilinmektedir. Şarj-deşarj esnasında anot elektrotun yapısal düzeninin Li iyonlarının taşınımlarını ve dolayısıyla zaman içerisinde meydana gelen deformasyonu doğrudan etkilediği bilinmektedir. Dolayısıyla CO2 tavlaması ile elde edilen katkılı polimerik anot elektrot yapısının çevrimsel iyon transferi altındaki davranışı bu çalışmanın konusu olmuştur. CO2 ile tavlama sonrası pil performansında gerek yeniden düzenlenen polimer yapısının gerekse polimer/Si partikül etkileşimlerinin etkili olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle kontrol numunelerine ve CO2 numunelerine su temas açısı, taramalı elektron mikroskobu ve atomik kuvvet mikroskobu ölçümleri uygulanmıştır. Bu ölçümler sonucunda artan CO2 basıncı ile su iticiliğinin ve yüzey pürüzlülüğünün arttığı tespit edilmiştir. Elektrotun yüzey enerjisinin düşmesinin (artan su temas açısı) elektrolitin difüzyonunu ve dolayısıyla polimerik elektrotun yapısının bozunmasını geciktirdiği ve böylece şarj deşarj çevrim ömrünü de geliştirdiği düşünülmektedir. Ayrıca artan yüzey pürüzlülüğü üzerinden elektrotun aktif yüzey alanının da arttığı ve bu kapsamda iyon transferinin ve dolayısıyla kapasitenin olumlu etkilendiği pil performans test sonuçlarında görülmektedir. Bu işlemde tam pil hücresi kullanılmış olup katot hücresi olarak LiCoO2 (LCO) tercih edilmiştir. Çalışmalar neticesinde CO2 sonrası ilk şarj kapasitesi 189 mAh/g olarak bulunmuş olup klasik hücreye kıyasla %37 gelişim elde edilmiştir.