Batarya elektrolit materyali ve optoelektronik aygıt olarak iyonik sıvıların yapısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the structural properties of ionic liquids as battery electrolyte material and optoelectronic device
Yazar: KÜRŞAT ARDUÇ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KARAKAYA
Sinop Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Disiplinlerarası Nükleer Enerji ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Elektrik-elektronik tabanlı cihazlara olan ilginin artması, teknolojik iletişim kaynaklarının gelişmesi enerji depolama sistemleri üzerine araştırma-geliştirme faaliyetlerini hızlandırmıştır. Bu çalışmada kimyasal enerji depolama teknolojileri sınıfında bilimsel çalışmalar ve endüstriyel üretim tasarım açısından önemli bir potansiyele sahip şarj edilebilir bataryalar ve elektrolit materyal olarak iyonik sıvılar hakkında bilgi verilmiştir. Kimyasal sentezler, elektrokimyasal ve fotovoltaik özellikler alanında iyonik sıvılar için deneysel analizler son yıllarda oldukça artmıştır. Bunun yanında bilimsel çalışmalarda kuantum mekaniksel modelleme tekniklerinin de kullanılması, malzemelerin araştırma geliştirme maliyetlerinde tasarruf sağlamaktadır. Ayrıca iyonik sıvılar için doğrusal olmayan optik ölçüm teknikleri, deneysel çalışmalar ve teorik hesaplamalarda dikkat çekicidir.
Bu tez çalışmasında kuantum mekaniksel hesaplamalar ve elektronik yapı hesaplama yöntemleriyle iyonik sıvıların katyon-anyon etkileşimleri, [Anyon–]–n[Li+] yapısal özellikleri, geçiş durumu analizleri, doğrusal olmayan optik özellikleri incelenmiştir. Seçilen ve tasarlanan iyonik sıvı yapıları için güçlü hidrojen bağları ve katyon-anyon bağlanma yetenekleri literatürdeki kristalografik sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Hidrojen bağ eksenleri üzerindeki proton pozisyonlarına göre oluşan formlar ve geçiş durumları, potansiyel enerji yüzey taraması ile modelleme yapılmıştır. Katyon-anyon ve [Anyon–]–n[Li+] etkileşim enerjileri, Grimme dispersiyon modellerinin D2, D3 versiyonları ve CP yaklaşımı hesaplamaları yardımıyla yapılmıştır. Elektrik dipol moment, polarize edilebilirlik, birinci-ikinci yüksek polarize edilebilirlik değerleri statik ve dinamik olarak hesaplanmıştır. Etkin ve kararlı yapılar, doğrusal olmayan optik özellikler açısından değerlendirilmiştir.

Abstract:
The increasing interest in electrical-electronic based devices and the development of technological communication resources have accelerated research and development activities on energy storage systems. In this study, information is given about rechargeable batteries, which have an important potential in terms of scientific studies and industrial production design in the class of chemical energy storage technologies, and ionic liquids as electrolyte material. Experimental analysis for ionic liquids has been increasing in recent years in the field of chemical syntheses, electrochemical and photovoltaic properties. In addition to experimental studies, the use of quantum mechanical modeling techniques in scientific studies provides savings in research and development costs of materials. Also, nonlinear optical measurement techniques for ionic liquids are remarkable in experimental studies and theoretical calculations.
In this thesis, cation-anion interactions, [Anion–]–n[Li+] structural properties, transition state analyzes, nonlinear optical properties of ionic liquids were investigated using quantum mechanical and electronic structure calculation methods. Stronger hydrogen bonding and cation-anion bonding abilities for selected and designed ionic liquid structures were compared with the crystallographic results in the literature. The structures and transition states formed according to the proton positions on the hydrogen bond axes were modeled by potential energy surface scanning. Cation-anion and [Anion–]–n[Li+] interaction energies were calculated with the help of Grimme dispersion models D2, D3 versions and CP approximation calculations. Electric dipole moment, polarizability, first-second hyperpolarizability values were calculated statically and dynamically. More efficient and stable structures were evaluated in terms of nonlinear optical properties.