Lityum iyon piller için metal oksit nanofiberlerin üretimi
Production of metal oxide nanoparticles and nanofibers for lithium-ion batteries
Yazar: EVREN EGESOY
Danışman: PROF. DR. AHMET ATAÇ
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles

Özet:
Lityum iyon piller için metal oksit nanotanecik ve nanofiberlerin üretimi
Nanoteknoloji günümüzde birçok sistemde kullanıldığı gibi pil sistemlerinde de kullanılmaktadır. Bunedenle uzun ömüre sahip enerji yoğunluğu yüksek ve uygun maliyetli yeni nesil pil üretiminde aktif olarak kullanılmaktadır. Pil sistemleri, elektrik enerjisini kimyasal formda depolamanın en eski yöntemlerinden biridir. Bu pillerin geliştirilmesiyle elde edilen şarj edilebilir lityum iyon pil sistemleri ile elektrikli arabalar, ağır askeri araçlar, cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve çeşitli taşınabilir küçük ev aletleri gibi sistemlerde artan taşınabilir enerji talebi nedeniyle bir gereklilik haline gelmiştir. Böylelikle hem taşınabilir enerji ihtiyacı karşılanacak hem de salınan düşük CO2 gazı seviyesi nedeniyle çevreye duyarlı tüketiciler ve tasarımcılar tarafından tercih edilecektir.
Bu çalışmada ilk olarak Bakır Nitrat Hemi(pentahidrat) (Cu(NO3)2·2.5H2O),  Nikel(II) Asetat Tetrahidrat (Ni(OCOCH3)2·4H2O), Çinko(II) Asetat Dihidrat (Zn(CH3COO)2·2H2O) metal tuzları kullanılarak Termal Bozundurma yöntemi ile üzerlerinde nanoyapılar içeren tanecikler üretilmiştir. Daha sonra ise yine aynı metal tuzları kullanılarak yüzey alanı ve verimliliği arttırmak amacı ile Elektro eğirme yöntemi kullanılarak nanofiberler elde edilmiştir.
 Bu tez projeyi kapsayacak olan NiO, CuO ve ZnO nanofiberler birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Literatürde farklı sıcaklık koşullarında sentezlenerek ikili yapıların incelenmediği saptanmıştır. Bu sebeple NiO-CuO, ZnO-CuO, NiO-ZnO kombinasyonları farklı kalsinasyon sıcaklıkları ile sentezlenerek bu malzemelerin anod ve katot olarak kullanımların da performansları incelenmiştir. Metal oksit nanofiberlerin pil performansı çevrim kapasitesi, çevrim sayısı ve çevrim oranı incelenerek verimlilik ve kararlılığı değerlendirilmiştir. Teorik performansları oldukça yüksek olan bu metal oksit nanofiberler ile oluşturulabilecek lityum iyon pillerin verimlilik ve kararlılık performansları geliştirilerek ileride pek çok elektronik cihazlar için kullanımının artabileceği düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler: Lityum iyon Pil, Metal Oksit, Nanotanecikler, Nanofiberler, Anot, Kalsinasyon

Abstract:
Today, nanotechnology is used in numerous systems as well as in the battery systems. Herewith, it is also actively used in the production of cost-effective new generation batteries with a long lifespan and high energy density. The battery systems are one of the oldest methods for storing electrical energy in chemical form. With the rechargeable lithium-ion battery systems obtained by the development of these batteries has become a requirement due to the increased portable energy demand in systems such as electric cars, heavy military vehicles, mobile phones, laptops, and various portable small home appliances. Thereby, both the need for portable energy will be met and will be preferred by environmentally conscious consumers and designers due to the low level of CO2 gas emitted.
In this study, firstly, we were obtained metal oxide nanostructures as a result of thermal decomposition using metal precursors (copper nitrate hemipentahydrate (Cu(NO3)2·2.5H2O), nickel acetate tetrahydrate (Ni(CH3COO)2·4H2O), and zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2·2H2O)). Then, by using the same metal salts, nanofibers produced by using the Electro spinning method in order to increase the surface area and efficiency.
NiO, CuO and ZnO nanofibers, which will cover this thesis project, were compared with each other. It was determined that hybrid structures synthesized under different temperature conditions were not investigated in the literature For this reason, NiO-CuO, ZnO-CuO, NiO-ZnO combinations were synthesized with different calcination temperatures and the performances of these materials as anode were investigated. It is aimed at the use of lithium-ion batteries that would be formed with these metal oxide nanoparticles which have high theoretical performance as an anode material, will be improved for future electronic devices. The battery performance of metal oxide nanofibers was examined with parameters such as cycle capacity, cycle number and cycle rate, and the results were evaluated according to their efficiency and stability. It is aimed at the use of lithium-ion batteries that would be formed with these metal oxide nanofibers which have high theoretical performance as an anode/cathode material, will be improved for future electronic devices.

Key words: Key Words: Lithium-ion Battery, Metal Oxide, Nanoparticles, Nanofibers, Anode, Calcination