Nanomalzeme katkılı gözenekli silisyum üretimi ve lityum iyon pillerde performanslarının incelenmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi, Fen Fakültesi, Kimya Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Elanur Kalkan
Danışman: Melih Beşir Arvas
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Günümüzde enerji üretimi ve tüketimi arasındaki fark hızla artmaktadır. Bu enerji talebini karşılamak için enerjinin uygun şekilde depolanması gerekmektedir. Bu sebeple enerji depolama sistemlerine ihtiyaç vardır. Bu sistemlerin yüksek enerji yoğunluğuna ve depolama kapasitesine sahip olması beklenir. Enerji talebindeki hızlı artışı karşılayabilmek için yüksek enerji depolama, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun çevrim ömrüne sahip lityum iyon bataryalara talep her geçen gün artmaktadır. Li-iyon bataryalar, uzun çevrim ömrüne, % 90'ın üzerinde yüksek enerji verimliliğine, yüksek enerji yoğunluğuna (>150 Wh/kg) ve yüksek çalışma potansiyeline sahiptir. Birçok avantaja sahip olmasına rağmen lityum iyon bataryalar, elektrikli araçlar başta olmak üzere gelişen teknoloji ile birlikte yüksek enerji yoğunluğu talebini ve kapasitesini karşılayamamaktadır. Lityum iyon bataryalarda, pil performansı büyük ölçüde kullanılan elektrot malzemesinin türüne bağlıdır. Çeşitli katot elektrot kullanılarak performansında iyileştirme yapılan çalışmalarda anot elektrot olarak ticari grafit kullanılmaktadır. Fakat grafit sınırlı teorik kapasiteye (372 mAh/g) sahiptir. Daha yüksek teorik kapasite ve yüksek şarj/deşarj oranına sahip alternatif anot elektrot malzemeler geliştirilmiştir. Yeni nesil anot elektrotlar arasından rezervinin bol ve çevre dostu olması ayrıca yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek teorik kapasiteye (4200 mAh/g) sahip olan silisyumun LİB'ler için umut vericidir. Silisyum yüksek kapasiteye sahip olmasına rağmen, şarj/deşarj sırasında anot yüzeyinde yüksek hacim değişimine sahiptir. Hacim değişimi yüksek iç strese, silisyumun parçalanmasına ve dengesiz bir katı elektrolit ara yüzeyi oluşmasına dolayısıyla ilk döngüden itibaren hızlı kapasite düşmesine neden olmaktadır. Yüksek lisans tez çalışmasında, kristal silisyumdan gözenekli silisyum sentezlenmiş ve gözenekli silisyumu iki boyutlu malzemelerle katkılayarak kompozit anot malzemeler üretilmiştir. Yapılan çalışmada silisyumun bahsedilen problemlerini büyük ölçüde azaltmak hedeflemiştir. Tez kapsamında farklı gözenek boyutlarında, gözenekli silisyum üretmek ve bu malzemeye çeşitli iki boyutlu nanomalzemeler katkılayarak silisyum taneciklerinin tabakalar arasına dağılması bu sayede hacim genişlemesi probleminin azaltılması ve lityum iyon batarya kapasitesini arttırmak amaçlanmıştır.