Pirolize Bakteriyel Selüloz / Nanopartikül Kompozitlerinin Lityum İyon Pillerinde Elektrot Malzemeler Olarak Kullanım Potansiyellerinin Araştırılması

Abstract

Günümüzde fosil yakıtların tükenmesi, artan teknoloji alanındaki gelişmeler, mevcut enerji kaynaklarının en etkin bir şekilde kullanılması ve enerjinin depolanması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Bu nedenle özellikle halen var olan bataryaların yerine etkin ve kullanışlı elektrotların geliştirilmesi için yapılan çalışmalar ilgi çekmektedir. Bunlar arasında, lityum iyon piller, yüksek enerji depolama kapasiteleri, yüksek enerji yoğunlukları (kWh/kg), uzun ömürleri, yüksek şarj/deşarj verimi, düşük maliyetli oluşları gibi özellikleri ile öne çıkmaktadırlar. Lityum iyon pillerinde kullanılan grafit anotların düşük şarj-deşarj akım yoğunluğuna ve düşük kapasiteye sahip olmaları nedeni ile alternatif mobil hayata uyumlu, yüksek enerji yoğunluklu, çevreyle dost ve ucuz elektrot malzemelerin geliştirilmesi gerekmektedir. Onaylanan Bütçe: Proje çalışmasında, önceden sentezlenen/temin edilen nanopartiküllerin, farklı konsantrasyonlarda, bakteriyel selüloz (BS) üreticisi G. xylinus bakterisinin kültür ortamına, farklı koşullarda ilave edilmesiyle, elektrot malzeme olarak BS/SnO2, BS/Si, BS/Si@SiO2, BS/MnO2, BS//LiFePO4 ve BS/LiMn2O4 kompozitleri üretilmiştir. Bu kompozitler ve BS, elektrotların bozulmayacağı farklı sıcaklıklarda pirolize edilerek (PBS) yapısal karakterizasyonları ve elektrokimyasal performansları test edilmiştir. Literatürde henüz bir örneği olmayan, bakteri kültür ortamına nanopartiküllerin eklenmesi ile gerçekleştirilen in-situ (olay esnasında) kaplamanın başarılı olduğu SnO2 ve Si malzemelerinde, kaplamanın hacim genişlemesini engelleyebildiği ve kapasitelerde artışı sağladığı belirlenmiştir. Bu bağlamda, PBS/SnO2 için 180 çevrim sonunda 542 mAh/g ve PBS/Si için (proje aşamasında geliştirilerek PBS/Si@SiO2 olarak isimlendirilmiş) ise 50 çevrim sonunda 1892 mAh/g kapasite değerleri elde edilmiştir. PBS/LiFePO4 ve PBS/MnO2 kompozitleri ise bakteri besi ortamında bozulmuş, mekanik karıştırma yöntemi ile PBS+LiFePO4 için 90 çevrim sonunda 87 mAh/g ve PBS+MnO2 için 200 çevrim sonunda 30 mAh/g kapasite değerleri belirlenebilmiştir. Elde edilen sonuçlar PBS/nanokompozitlerinin lityum iyon pillerinde potansiyel kullanımlarının olabileceğini ve daha farklı nanopartiküllerle hazırlanan BS kompozitlerinin de ileriki çalışmalarda araştırılabileceğini göstermektedir.