Lityum-iyon piller için iletken polimer/katkılanmış grafen oksit/silika kompozit anotların tasarımı ve üretimi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2026
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MOHAMMED MAHDI HUSSEIN AL BUJASIM
Danışman: Metin GENÇTEN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Lityum-iyon piller (LIB'ler), yüksek enerji yoğunluğu, uzun çevrim ömrü ve çevre dostu özellikleri sayesinde taşınabilir elektronik cihazlar ve elektrikli araçlar için en umut verici enerji depolama sistemleri arasında yer almaktadır. Ancak ticari grafit anotların sınırlı teorik kapasitesi (372 mAh g⁻¹), pil performansının daha fazla geliştirilmesini kısıtlamaktadır. Bu çalışmada, elektro-kimyasal performansı artırmak amacıyla heteroatom katkılı grafen oksit (N-, S- ve Cl katkılı GO), iletken polimerler (polipirol (PPy) ve polianilin (PANI)) ve füme silika esaslı yeni nesil kompozit anot malzemeleri sentezlenmiş ve sistematik olarak incelenmiştir. Heteroatom katkılı grafen oksit tozları, asidik ortamda kronoamperometri kullanılarak tek adımlı elektrokimyasal yöntem ile üretilmiştir. İletken polimerler kimyasal oksidatif polimerizasyon yöntemi ile sentezlenmiş ve maksimum elektriksel iletkenlik ile yüzey alanı elde etmek amacıyla monomer ve asit konsantrasyonları optimize edilmiştir. Hazırlanan malzemeler XRD, SEM-EDX, FT-IR, Raman spektroskopisi, BET yüzey alanı analizi, TGA, elementel analiz ve dört nokta prob iletkenlik ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Kompozit anotlar, farklı oranlarda katkılı grafen oksit, iletken polimer ve silikanın birleştirilmesiyle hazırlanmış ve karşı elektrot olarak lityum metal kullanılarak CR2032 tipi düğme piller hâlinde monte edilmiştir. Elektrokimyasal performanslar 0.02–3 V aralığında döngüsel voltametri, farklı C oranlarında (0.1C–10C) galvanostatik şarj–deşarj testleri ve 10C'de 100 çevrimlik uzun dönem çevrim testleri ile değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, iletken polimer ilavesinin elektriksel iletkenliği ve yapısal kararlılığı önemli ölçüde artırdığını; heteroatom katkısının ise aktif merkez sayısını ve lityum-iyon difüzyon kinetiğini geliştirdiğini göstermiştir. Silika, çevrim sırasında oluşan hacim değişimlerini azaltan tampon bir matris görevi görmüştür. Tüm kompozisyonlar arasında, optimize edilmiş N-katkılı grafen/PPy ve N-katkılı grafen/PANI kompozitleri, katkısız ve tek bileşenli sistemlere kıyasla daha yüksek özgül kapasite, gelişmiş hız performansı ve üstün çevrim kararlılığı sergilemiştir. Bu çalışma, yüksek performanslı kompozit anotların tasarımı için ölçeklenebilir ve maliyet etkin bir strateji sunmakta ve artırılmış kapasite ile dayanıklılığa sahip yeni nesil lityum-iyon pillerin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır.