Tufal Atıklarından Yüksek Saflıkta Karbon Kaplı Sodyum Demir Fosfat (Nafepo4/C) Eldesi Ve Sodyum İyon Pillerde Kullanımı

TÜBİTAK Projesi, 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı, 2026 - 2028

Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
Destek Programı: 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı
Başlama Tarihi: Mayıs 2026
Bitiş Tarihi: Mayıs 2028

Proje Özeti

Günümüzde enerji depolama teknolojileri, yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu açısından kritik bir rol oynamaktadır. Lityum-iyon piller (LİP), yüksek enerji yoğunluğu ve uzun döngü ömrü sayesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, lityum madenciliğinin çevresel etkileri ve yüksek maliyetleri, sürdürülebilir alternatif batarya teknolojilerine olan ihtiyacı artırmaktadır. Bu bağlamda, sodyum-iyon piller (SİP), sodyumun doğada bol miktarda bulunması, düşük maliyeti ve çevresel sürdürülebilirliği ile önemli bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Bu proje, demir-çelik endüstrisinin bir yan ürünü olan tufal atıklarını geri dönüştürerek yüksek saflıkta karbon kaplı sodyum demir fosfat (NaFePO4/C) üretmeyi ve bunu SİP’lerde katot malzemesi olarak kullanmayı amaçlamaktadır. Mevcut çalışmalarda NaFePO4 üretimi genellikle yüksek saflıkta laboratuvar ölçekli kimyasallarla gerçekleştirilmekte olup, bu yöntem hem maliyetli hem de çevresel açıdan sürdürülebilir değildir. Bu proje, sanayi atıklarını değerlendirerek düşük maliyetli ve çevre dostu bir üretim yöntemi geliştirmeyi hedeflemektedir. Çalışma kapsamında öncelikle tufal atıklarının kimyasal bileşimi analiz edilecek ve belirlenen safsızlıkların giderilmesi için uygun saflaştırma işlemleri uygulanacaktır. Ardından, saflaştırılmış demir bileşiği fosforik asitle çözeltiye alınacaktır. Elde edilen FePO4 çözeltisine sodyum kaynağı ilave edilmesi sonucunda NaFePO4 çöktürülecektir. Daha sonra, elde edilen NaFePO4’ün elektriksel iletkenliğinin artırılması amacıyla karbon kaplama işlemi uygulanacak ve malzemenin elektrokimyasal performansının iyileştirilmesi sağlanacaktır. Bu süreçte, karbon içeren öncül maddeler yüksek sıcaklıkta piroliz edilerek NaFePO4 partiküllerinin yüzeyine kaplanacaktır. Böylece, literatürde ilk kez tufal atıklarından SİP’ler için katot malzemesi üretilecektir. Projenin en önemli özgün katkısı, sanayi atıklarının yüksek katma değerli enerji depolama malzemelerine dönüştürülerek sürdürülebilir üretim teknolojilerine yeni bir bakış açısı kazandırmasıdır. Bu yöntem, yüksek maliyetli kimyasal hammaddelere ihtiyaç duymadan ekonomik ve çevre dostu bir NaFePO4 üretimini mümkün kılacaktır. Böylece, atık yönetimi konusunda yenilikçi bir çözüm sunulacak ve enerji depolama sistemlerinde sürdürülebilir malzemelerin kullanımı teşvik edilecektir. Proje kapsamında üretilecek NaFePO4/C katot malzemesi, elektrokimyasal testlere tabi tutularak şarj-deşarj kapasitesi ve döngü kararlılığı değerlendirilecektir. Bu kapsamda, NaFePO4 esaslı katot malzemeleri düğme pil formatında yarı hücre testlerinde kullanılacak ve 0.1C başlangıç deşarjında en az 140 mAh.g-1 spesifik kapasite elde edilmesi hedeflenecektir. Ayrıca, 2C’de 100 döngü sonunda başlangıç kapasitesinin en az %80’inin korunması amaçlanmaktadır. NaFePO4/C - sert karbon tabanlı tam hücre sodyum iyon bataryalarının özgül kapasitesinin 0.1 C şarj deşarj hızında en az 110-120 mAh g-1 olması hedeflenmektedir. Ayrıca, 2.0-3.8 V potansiyel aralığında ve 2C şarj-deşarj yoğunluğunda yapılacak 100 döngü testi sonucunda, başlangıç kapasitesinin en az %80-85’inin korunması amaçlanmaktadır. Bu proje, sürdürülebilir enerji depolama çözümlerine sanayi atıklarından elde edilen malzemelerle katkı sağlamanın yanı sıra, döngüsel ekonomi anlayışını destekleyerek atık yönetiminde yenilikçi bir yaklaşım sunmaktadır. Demir-çelik endüstrisinde her yıl büyük miktarda üretilen tufal atıklarının ileri teknoloji enerji depolama malzemelerine dönüştürülmesi, hem çevresel hem de ekonomik açıdan önemli kazanımlar sağlayacaktır. Proje sonunda, NaFePO4 sentezi için uygun saflıkta FePO4 üretilecek ve kimyasal ile termal işlemlerle malzemenin elektrokimyasal performansı iyileştirilecektir. Karbon kaplama yöntemi ile NaFePO4’ün iletkenliği artırılarak batarya performansına katkı sağlanacak ve geri dönüştürülmüş hammaddeler batarya üretim süreçlerinde ticari malzemelere alternatif oluşturacaktır. Geliştirilecek yöntem, geleneksel yüksek saflıkta kimyasal reaktiflere dayalı üretim süreçlerine kıyasla daha düşük maliyetli ve çevre dostu bir alternatif sunacaktır. Üç iş paketinden oluşacak ve 24 ay sürmesi öngörülen proje kapsamında elde edilen veriler ile saygın bilimsel dergilerde makaleler yayımlanacak ve ulusal/uluslararası kongrelerde sunumlar yapılacaktır. Projeye dahil olacak lisansüstü öğrenciler, enerji depolama alanında uzmanlaşarak sektöre nitelikli iş gücü kazandıracaktır. Böylece, sanayi atıklarının değerlendirilmesi yoluyla sürdürülebilir batarya üretimi için yeni yaklaşımlar geliştirilmiş olacaktır.