Suda çözünen polifosfazen esaslı kompozit iletken polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve lityum iyon bataryalarda bağlayıcı olarak kullanım özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and characterization of water-soluble polyphosphazene-based composite conductive polymers and investigation of their application as binder in lithium ion batteries
Yazar: EMRE GÜNEY
Danışman: PROF. DR. FERDA HACIVELİOĞLU
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Yeni nesil katot malzemelerin araştırılması, lityum iyon bataryaların (LIB) kirletici fosil yakıtların yerini alarak elektrikle çalışan araçlarda kullanılmaları açısından kaçınılmaz bir hale gelmiştir. Katmanlı yapılı lityumca zengin metal oksit (LLMO) [xLi2MnO3. (1-x)LiMO2 (M= geçiş metali)] yapılı katot malzemeleri yukarıdaki talebe bir çözüm olabilecek yüksek spesifik teorik kapasiteye (320-350 mAh/g) sahiptir. Bununla birlikte, LLMO'ların yapısında bulunan Li2MnO3 katot malzemesinin bozunumunu negatif etkileyerek diğer katot malzemelerine kıyasla başlangıç yük verimi (ICE) azalması ve döngü kararsızlığı ile sonuçlanmaktadır. 
Bu tez kapsamında, LLMO'lar için yeni Polibis (4-oksi benzen sülfonik asit) fosfazen-Polipirol ve Polibis (4-oksi benzen sülfonik asit) fosfazen-Polianilin kompozit bağlayıcılar tasarlanıp ve sentezlendi elektrotların stabilitesini geliştirerek daha iyi elektrokimyasal performans sağlaması ve böylece döngü sırasında kapasite ve voltaj düşüşünün engellenmesi hedeflendi. 
Yeni bağlayıcıların kimyasal özellikleri FT-IR, NMR, UV-Vis gibi spektroskopik tekniklerle araştırıldı. Ayrıca termal, morfolojik, redoks ve iletkenlik özellikleri TGA, SEM, ESR ve AC empedans teknikleri ile incelendi ve kompozit olmayan iletken polimerler (Polipirol ve Polianilin) ile karşılaştırıldı. Daha sonra, elektriksel iletkenlik ve termal kararlılık açısından en iyi bağlayıcı olabilecek malzemeler, LLMO bazlı katot malzemesi ile karıştırılarak katot elektrotları hazırlandı. Elde edilen pillerin elektrokimyasal özellikleri incelendi. Elde edilen kompozit bağlayıcı polimerler ticari olarak kullanılan PVDF polimeri ile hazırlanan LLMO katot elektrodu ile karşılaştırılarak elektrotların dirençleri, kapasite kararlılıkları karşılaştırıldı. Yapılan elektrokimyasal testler sonunda elektrotlar kendi içinde orijinal (çevrim öncesi) halleri ile karşılaştırarak kompozit bağlayıcıların LLMO malzemesine olan etkileri araştırıldı.

Abstract:
The search for next-generation cathode materials has become inevitable for LIBs to replace polluting fossil fuels and be used in electrically powered vehicles. Cathode materials with a layered structure of lithium-rich metal oxide (LLMO) [xLi2MnO3. (1-x)LiMO2 (M= transition metals)]  have a high specific theoretical capacity (320-350 mAh/g), which can be a solution to the above demand. However, Li2MnO3 in the structure of LLMOs negatively affects the degradation of the cathode material, resulting in loss of initial coulombic efficiency (ICE) and cycle instability compared to other cathode materials. 
In this thesis, new Polybis (4-oxy benzene sulphonic acid) phosphazene-Polypyrrole and Polybis (4-oxy benzene sulfonic acid) phosphazene-Polyaniline composite binders for LLMOs were designed and synthesized. It was aimed that these polymers provide better electrochemical performance by improving the stability of the electrodes, thus preventing the specific capacity and voltage drop during the cycle. 
The chemical properties of the new binders were investigated by spectroscopic techniques such as FT-IR, NMR, UV-Vis. In addition, thermal, morphological, redox and conductivity properties were examined with TGA, SEM, ESR and AC impedance meters and compared with non-composite conductive polymers (Polypyrrole and Polyaniline). Then, cathode electrodes were prepared by mixing the materials that could be the best binder in terms of electrical conductivity and film-making properties with LLMO-based cathode material. The electrochemical properties of the assembled batteries were investigated. The obtained composite binder polymers were compared with the LLMO cathode electrode prepared with the commercially used PVDF polymer, and the resistances and capacity stability of the electrodes were compared. At the end of the electrochemical tests, the effects of the composite binders on the LLMO material were investigated by comparing the electrodes with their original (pre-cycle) state.