Garnet tipi LLZO katı elektroliti: Sentezi, karakterizasyonu ve Li-iyon batarya uygulamaları
Garnet type LLZO solid electrolyte: Synthesis, characterization and Li-ion battery applications
Yazar: TUĞÇE GÜL İDİNAK
Danışman: PROF. DR. HASİBE AYGÜL YEPREM ; DOÇ. DR. NESLİHAN YUCA DOĞDU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Hayatlarını devam ettirebilmek içim üretim ve tüketim döngüsünü eksiksiz sürdürmek isteyen insanoğlu için en önemli gereksinim enerjidir. Fosil kökenli yakıtlar ucuz olmaları nedeniyle yaygın bir enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır. Bundan dolayı bilim insanları, üretim ve kullanım aşamalarında sebep oldukları emisyonlar sebebiyle çevreye olan zararlı etkileri çok daha yüksek olan fosil yakıtlar yerine alternatif enerji kaynaklarına yönelmiştir. Alternatif enerji kaynaklarının dezavantajı olan depolanma sorunu için Li-iyon bataryalar çözüm olarak kullanılmaktadır. Ortam sıcaklıklarında tatmin edici sonuçlar veren uçucu ve organik bazlı sıvı elektrolitler, günümüz Li-iyon bataryalarda kullanılmaktadır. Ancak, yaklaşık 65 °C üzerinde bozunması sonucu arıza ve patlama gibi nedenlerden dolayı özellikle insan hayatını tehlikeye sokabilmeleri, Li-iyon bataryaların en hayati sorunu olarak gözükmektedir. Bu durum özellikle insan hayatını tehlikeye sokabilmektedir. Sıvı elektrolitlerin bu tür olumsuzluklarına karşın, yüksek sıcaklıklarda çalışabilen katı elektrolitli piller alternatif olarak kullanılmaya başlanmıştır. Kimyasal kararlılığı ve nispeten yüksek Li-iyon iletkenliği özelliklerinden dolayı Li7La3Zr2O12 (LLZO) bileşiği sıvı elektrolitlere alternatif olarak kullanılan umut verici katı elektrolit olarak karşımıza çıkmaktadır. Al2O3 katkılı LLZO katı elektroliti için tez çalışmaları kapsamında geleneksel katı hal reaksiyon sinterleme işlemi kullanılmış ve hidrolik presleme cihazı ile farklı basınç koşulları altında sentezlenerek basıncın yoğunlaşma süreci ile mikroyapı üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. En iyi elektrokimyasal performansı gösteren basınç miktarı ile sentezlenmiş Al2O3 katkılı LLZO katı elektroliti ile Li-iyon bataryadaki uygulamaları gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Energy is the most important requirement for human beings who want to maintain a complete cycle of production and consumption in order to sustain their lives. Fossil fuels are widely used as a source of energy because they are cheap. Therefore, scientists have turned to alternative energy sources instead of fossil fuels, which have a much higher environmental impact due to the emissions they cause during production and use. Li-ion batteries are used as a solution for the storage problem, which is the disadvantage of alternative energy sources. Volatile and organic-based liquid electrolytes that give satisfactory results at ambient temperatures are used in today's Li-ion batteries. However, the most vital problem of Li-ion batteries is that they can endanger human life, especially due to failure and explosion as a result of degradation above about 65 °C. Despite such disadvantages of liquid electrolytes, solid electrolyte batteries that can operate at high temperatures have started to be used as an alternative. Due to its chemical stability and relatively high Li-ion conductivity, Li7La3Zr2O12 (LLZO) is a promising solid electrolyte alternative to liquid electrolytes. Within the scope of the thesis studies for Al2O3 doped LLZO solid electrolyte, the traditional solid-state reaction sintering process was used and synthesized under different pressure conditions. The effect of pressure on the densification process and microstructure was analyzed. Li-ion battery applications were realized with solid electrolyte at the pressure value that gave the best results.