Sodyum iyon piller için katot aktif malzeme geliştirilmesi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Günümüz dünyasında depolanmış taşınabilir enerjiye olan ihtiyaç her geçen gün hızla artmaktadır. Yüksek enerji yoğunluklu ve uzun çevrim ömrüne sahip lityum iyon bataryalar, taşınabilir cihazlarda oldukça dikkat çekici enerji depolama sistemleridir. Lityum iyon pil (LIB) teknolojisi kitlesel olarak büyüyen bir pazarda kaynaklar kısıtlı olduğunda tedarik zincirleri ve dolayısıyla sürdürülebilirlik açısından ciddi bir baskı oluşturmaktadır. Bu durum yeryüzünde kısıtlı miktarda bulunan lityum ve türevlerinin birim maliyetlerinde artışlara sebep olmuştur. Bu sebepten ötürü son zamanlarda, daha düşük maliyetli bir alternatif sağlamak amacıyla sodyum iyon pillere yönelim olmuştur. Sodyumun, lityum ile benzer özellikler taşıması, doğadaki en çok bulunan elementler arasında yer alması, yerkürede homojen dağılması ve çevreci olması avantajları arasında yer almaktadır. Bu tez çalışması kapsamında yüksek kapasiteli, ucuz, çevreci katot malzemeleri geliştirilmeye çalışılmıştır. Demir ve mangan temelli katot aktif malzemeler katı hal ve sol-jel metotları kullanılarak sentezlenmiştir. Sentezlenen maddelerin kristal yapısı X-ışını toz kırınım metodu, yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskobu, tanecik boyutu dağılımı analizi Mastersizer cihazı ile belirlendi. Sentezlenen maddelerin elektrokimyasal özelliklerini ölçmek için 1M NaClO4' ün ağırlıkça 1:1:1 EC (etilen karbonat), DEC (dietil karbonat), PC (propilen karbonat) karışımındaki çözeltisinin elektrolit olarak kullanıldığı elektrokimyasal piller hazırlandı. Kapasite, çevrim ömürleri, kapasite kayıp analizleri yapılarak, performansları incelendi ve sodyum iyon piller için uygun katot aktif malzeme olarak kullanılabilirlikleri gösterilmiştir.In today's world, the demand for stored portable energy is increasing day by day. Lithium-ion batteries with high energy density and long cycle life are quite remarkable energy storage systems in portable devices. Lithium-ion battery (LIB) technology puts serious pressure on supply chains and therefore sustainability when resources are constrained in a mass growing market. This situation caused an increase in the unit costs of lithium and its derivatives, which are limited in the world. For this reason, lately there has been a move towards sodium ion batteries to provide a lower cost alternative. Sodium has similar properties with lithium, it is among the most abundant elements in nature, it is homogeneously distributed in the world and it is environmentally friendly. Within the scope of this thesis study, it has been tried to develop high capacity, cheap, environmentally friendly cathode materials. Iron and manganese based cathode active materials were synthesized using solid state and sol-gel methods. The crystal structure of synthesized substances were determined by X-ray powder diffraction method, surface morphology scanning electron microscope, particle size distribution analysis Mastersizer device. In order to measure the electrochemical properties of the synthesized substances, electrochemical cells were prepared in which the solution of 1M NaClO4 in a mixture of 1: 1: 1 EC (ethylene carbonate), DEC (diethyl carbonate), PC (propylene carbonate) as electrolyte was prepared. Capacity, cycle life, capacity loss analyzes were made, their performances were examined and their usability as a suitable cathode active material for sodium ion batteries was shown.