Yüksek entropili oksit ((MgCoNiZnLi)O) ve 2D kompozit anotların li-iyon pillerdeki performansı
Performance of high entropy oxide ((MgCoNiZnLi)O) and 2D composite anodes in li-ion batteries
Yazar: ESRA ERDOĞAN ESEN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ANIK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Anotlar = Anodes ; Entropi = Entropy ; Grafen = Graphene ; Karbon nitrür = Carbon nitride ; Lityum iyon pil = Lithium ion battery

Özet:
Dünyada artan enerji ihtiyacı, fosil yakıt kullanımına alternatif olarak yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygınlaşmasını sağlamıştır. Bu yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen enerjinin depolanabilmesi için elektrokimyasal enerji depolama sistemlerine ihtiyaç vardır. Li-iyon piller sahip oldukları çeşitli avantajlar ve spesifik kapasiteleri sayesinde taşınabilir elektronik cihazlar için iyi bir depolama sistemi olmuştur. Fakat teknolojik gelişmeler ve artan enerji ihtiyacı Li-iyon pil kapasitesinin üzerindedir. Bu nedenle Li-iyon pillerden daha yüksek kapasite elde edilebilmek için farklı elektrot bileşenleri üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Böylece yüksek enerji tüketimi sağlayan elektrikli araçlar için de alternatif çözüm yolları sunulmuştur.
Bu çalışmadaki amaç, Li-iyon pil uygulamaları için kullanılan alternatif anot malzemeleri olabilecek yüksek entropili oksitler ile iki boyutlu malzemelerin kompozit olarak kullanımı ve elektrokimyasal performanslarının belirlenmesidir. Bu kapsamda geleneksel katı hal sentez yöntemiyle üretilmiş yüksek entropili oksit, 2D malzeme olarak ise kimyasal yöntemle üretilmiş grafen ve indirgenmiş grafen oksit ile termal yoğunlaşma yöntemi ile üretilen grafitik karbon nitrür, kompozit anot olarak kullanılıp Li-iyon pildeki elektrokimyasal performansları incelenmiştir.
Deneysel çalışmamız kapsamında YEO-rGO, YEO-GO, YEO-g-C3N4 ve YEO-g-C3N4-rGO olmak üzere dört faklı anot kompoziti kullanılmıştır. Bu anot malzemeleri arasından en iyi performansı YEO-rGO kompoziti göstermiştir. Rock salt kristal yapısına sahip bu kompozitin 20. çevrim sonundaki deşarj kapasitesi 1250 mA sa. g-1'dir. Başlangıçtaki kulombik verimliliği % 72,67 iken 20. çevrim sonunda bu değer % 97,6 olmuştur. Diğer anotlara göre bu kompozitin daha yüksek kapasitede çıkması, indirgenmiş grafen oksidin elektriksel iletkenliğinden kaynaklanmıştır.

Abstract:
The increasing energy needs in the world have led to the widespread use of renewable energy sources as an alternative to fossil fuel use. Electrochemical energy storage systems are needed to store the energy obtained from these renewable energy sources. Thanks to their various advantages and specific capacities, Li-ion batteries have become a good storage system for portable electronic devices. However, technological developments and increasing energy demand are above the capacity of the Li-ion battery. For this reason, studies are being carried out on different electrode components in order to obtain a higher capacity from Li-ion batteries. Thus, alternative solutions have been presented for electric vehicles with high energy consumption.
The aim of this study is to use high-entropy oxides and two-dimensional materials as composites and to determine their electrochemical performances, which can be alternative anode materials used for Li-ion battery applications. In this context, high entropy oxide produced by the traditional solid state synthesis method, graphene produced by the chemical method as a 2D material, and graphitic carbon nitride produced by the thermal condensation method with reduced graphene oxide were used as composite anodes, and their electrochemical performances in Li-ion batteries were investigated.
Within the scope of our experimental study, four different anode composites were used, namely YEO-rGO, YEO-GO, YEO-g-C3N4 and YEO-g-C3N4-rGO. Among these anode materials, the YEO-rGO composite showed the best performance. The discharge capacity of this composite, which has a rock salt crystal structure, at the end of the 20th cycle is 1250 mA h. is g-1. While the initial coulombic efficiency was 72.67%, this value became 97.6% at the end of the 20th cycle. This composite's capacitance was higher than that of other anodes because the reduced graphene oxide was a good conductor of electricity.