Li2S/karbon kompozitlerinin LiS bataryalarda katot malzemesi olarak kullanılması ve optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, Lityum-Sülfür (Li-S) bataryalar için sülfür katot elektrota alternatif olarak kullanılabilecek lityum sülfit (Li2S) sentezlenmiştir. Sentezlenen lityum sülfit ve iletkenlik sağlaması için karbon kullanılarak katot kompoziti oluşturulmuştur. Farklı sürelerde elde edilen Li2S/Karbon kompozitlerinden en iyi performans veren kompozit seçilerek uygun elektrolit ile elektrokimyasal performans testleri yapılmıştır. Literatürde ve yapılan deneylerde, uzun zincirli polisülfitlerin organik elektrolit içinde çözünmesinden kaynaklı olarak hızlı kapasite kaybı görülmektedir. Bu problemin önlenmesi ve uzun çevrim ömrü elde edilebilmesi için hücre içerisinde katot ve anot elektrot arasına ara tabaka yerleştirilmiştir. Piroliz bakteriyel selüloz (kalay oksit içeren ve içermeyen), kitosan katkılı karbon kaplı ve indiyum oksit kaplı olmak üzere üç farklı ara tabaka yapısı kullanılmıştır. Piroliz edilmiş bakteriyel selüloz tabakası kullanıldığında elektrokimyasal performansta artış gözlemlenmiştir. SnO2 içeren bakteriyel selüloz, polisülfitlerin lityum ile tekrar reaksiyonunu engelleyerek, galvanostatik şarj-deşarj performans testlerinde önemli derece iyileşme elde edilmesini sağlamıştır. Elde edilen ilk 850 mAs/g deşarj kapasitesinin, 100 çevrim sonrasında 500 mAs/g olarak korunduğu görülmüştür. Kitosan katkılı karbon kaplı ara tabaka kullanılan hücrede 100 çevrim sonrasında 400 mAs/g, indiyum oksit kaplı seperatörde ise 300 mAs/g kapasite korunumu elde edilmiştir.In this study, lithium sulfide was synthesized, which can be used as an alternative electrode material to the sulfur cathode in lithium sulfur batteries. Cathode composition was obtained by synthesized lithium sulfide and conductive carbon. In Li-S batteries a rapid capacity loss takes place due to the dissolution of long-chain polysulfides in the electrolyte. In order to prevent this problem and to obtain long cycle life, the interlayer protection is suggested in which in this thesis it was used and placed between the cathode and anode. Three interlayer configurations, i) pyrolyzed bacterial cellulose (bare or tin oxide containing), ii) chitosan coated and iii) indium oxide coated separators were studied. Among those, a remarkable increase in electrochemical performance was observed, when the carbonized bacterial cellulose layer was used. SnO2 containing bacterial cellulose has provided a significant improvement in galvanostatic performance tests by preventing reaction between dissolved polysulfide and lithium anode. It was observed that after the first discharge capacity of 850 mAh/g, 500 mAh/g capacities was maintained after 100 cycles.