Enerji depolama uygulamaları için ikiboyutlu MOS2 esaslı nanokompozit serbest durabilen elektrotların geliştirilmesi
Development of two-dimensional MOS2-based nanocomposite free-standing electrodes for energy storage applications
Yazar: BÜŞRA ÇETİNKAYA
Danışman: PROF. DR. HATEM AKBULUT
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Elektrokimyasal enerji depolama elektrik enerjisini bir ortamda rezerve olarak tutup,
ihtiyaç duyulduğunda depolanan bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilen sistemlerdir. Enerji depolama aygıtlarından bataryaların spesifik kapasite ve enerji yoğunluğu değerlerinin arttırılması artan enerji talebiyle paralel olarak yükseltilmeye çalışılmaktadır. Oldukça üstün özelliklere sahip iki boyutlu malzemelerin kullanılması yeni nesil bataryaların geliştirilmesine de katkı sunmaktadır. Bu tez çalışmasında modifeye edilmiş hummors yöntemiyle üretilmiş grafen oksit ve elektrokimyasal
lityumlama yöntemiyle eksfoliye edilmiş MoS2 iki boyutlu malzemeleri kullanılarak MoS2/Grafen nanokompozit serbest durabilen elektrotlar üretilmiştir. Üretilen nanokompozit elektrotlar lityum iyon piller için 0.01-3.0V aralığında test edilerek anot malzeme performansı ve lityum hava pillerinde ise 2.0-4.5V aralığında oksijen akışı altında test edilerek nefes alabilen katot malzemesi olarak kullanılmıştır. Üretilen nanokompozitlerin morfolojileri, Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ve Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) kullanılarak karakterize
edilmiştir. Grafen ve MoS2 katalizörlerinin element dağılımı, enerji dağılım spektrometresi (EDS) ile incelenmiştir. Faz yapıları Raman spektroskopisi ve X-ışını kırınım paternleri (XRD) kullanılarak incelenmiştir. Elektrokimyasal performansları, çevrimsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS),galvanostatik şarj-deşarj ve elektrokimyasal döngü testleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Temel olarak optimize edilmiş MoS2/Grafen nanokompozit anot 100 çevrim sonunda 700 mAh/g deşarj kapasitesi ve ilk çevrimden sonra %99 kapasite
korunumu sergilemiştir ve lityum hava pilleri için üretilen MoS2/Grafen nanokompozit
katot malzemesinde 12, 500 mAhg-1 'e ulaşan tam deşarj kapasitesi ve 1000 mAhg-1 limitli kapasitede 50 çevrim kararlı kapasite davranışı sergilemiştir.

Abstract:
Electrochemical energy storage are systems that can keep electrical energy as a reserve in an environment and convert this stored energy into electrical energy when needed. Increasing the specific capacity and energy density values of the batteries among the energy storage devices is tried to be increased in parallel with the increasing energy demand. The use of two-dimensional materials with highly superior properties also contributes to the development of new generation batteries. In this thesis,MoS2/Graphene nanocomposite free-standing electrodes were produced using graphene oxide produced by the modified hummers method and MoS2 two-dimensional materials exfoliated by electrochemical lithiation method. The produced nanocomposite electrodes were tested as an anode in the range of 0.01-3.0V for lithium-ion batteries and it is tested as an air breathing cathode material in the range of 2.0-4.5V under oxygen gas flow for lithium air batteries. The morphology of the nanocomposites was characterized by using Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) and Transmission Electron Microscope (TEM). The elemental distribution of graphene and MoS2 catalysts was studied by energy dispersion spectrometry (EDS). Phase structures were studied using Raman spectroscopy and X-ray diffraction patterns (XRD). Their electrochemical performances were performed using cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS),galvanostatic charge-discharge and electrochemical cyclic tests. The optimized MoS2/Graphene nanocomposite anode exhibited 700 mAhg-1 discharge capacity at the end of 100 cycles and 99% capacity retention after the first cycle, and the full discharge capacity reaching 12, 500 mAhg-1 in the MoS2/Graphene nanocomposite cathode material produced for lithium air batteries and It was demonstrated stable capacity behaviour of 50 cycles in 1000 mAhg-1 limited capacity.