Sodyum iyon pillerde kullanılan o3-nani1/3fe1/3mn1/3o2 katot aktif maddesinin elektrokimyasal özelliklerinin iyileştirilmesi
Enhancement of electrochemical performance of o3-nani1/3fe1/3mn1/3o2 as cathode material for sodium ion batteries
Yazar: NAZLI ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. ŞABAN PATAT
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Tabakalı yapıdaki O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2, şarj edilebilir sodyum iyon pillerde katot aktif madde olarak kullanılmaktadır. O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 ucuz, çevre dostu ve üretimi kolay olmasına karşın şarj/deşarj sırasında kapasite kaybına uğramakta ve güç yoğunluğu düşüktür. Kapasite kaybını azaltmak ve güç yoğunluğunu artırmak için elementlerden birini başka bir element ile yer değiştirme, karbon gibi iletken bir madde ile kaplama ve tanecik boyutunu küçültme gibi yöntemler uygulanmaktadır. 
Bu çalışmada O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 yapısındaki bir kısım Mn iyonunun Ca ve Ti gibi elementler ile yer değiştirmesinin kapasite kaybı ve spesifik güç yoğunluğuna olan etkisi incelendi. Bu amaçla O3-NaNi1/3Fe1/3Mn0.29Ca0.02Ti0.02O2 maddesi sentezlendi.
Sentezlenen maddeler X-ışınları toz kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve iletkenlik ölçümleri ile karakterize edildi.
Elektrokimyasal özellikleri ölçmek için O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 ve NaNi1/3Fe1/3Mn0.29Ca0.02Ti0.02O2 maddelerinin çalışma elektrodu, sodyum metalinin karşıt ve referans elektrot ve 1M NaClO4'ın ağırlıkça 1:1 oranında etilen karbonat-dietil karbonat karışımındaki çözeltisinin elektrolit olarak kullanıldığı elektrokimyasal hücreler hazırlandı. Hazırlanan elektrokimyasal hücreler 0.05 C, 0.1C, 0.5C, 2C ve 3C 1C (1C= 241 mAh g-1) akım yoğunluğu ve 1.5-4.1V voltaj aralığında şarj/deşarj edildi.
Elektrokimyasal ölçüm sonuçlarına göre NaNi1/3Fe1/3Mn0.29Ca0.02Ti0.02O2 maddesinin spesifik kapasitesi ve güç yoğunluğunun NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 maddesinden daha büyük (140 mAh/g) ve 30 döngü sonunda kapasite kaybının daha az olduğu bulunmuştur.

Abstract:
The layered O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 have been used as cathode active material in  rechargeable sodium ion battery. Although O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 is cheap, natural abundant, low-cost and easier to produce, its capasity retention on charge-discharge cycling and power density is low. In order to decrease capacity decay and increase the power density of electrode materials, some methodes suh as metal ion doping, carbon coating and size reduction have been applied. 
In the present work,  a small amount of Mn ions O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 is substituted by Ca and Ti ions in order to improve the cycling performance and increas power density. For this purpose, O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 and metal ion doped insertion compounds O3-NaNi1/3Fe1/3Mn0.29Ca0.02Ti0.02O2 are prepared. The synthesized compounds are characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and conductivity measurements.
For the electrochemical measurements, Swagelok type electrochemical cells were assembled inside the argon-filled glove box using a sodium metal disc as the counter and the reference electrode, polypropylene as the separator, the as synthesized  NaNi1/3Fe1/3Mn0.29Ca0.02Ti0.02O2 as the cathode and 1 M NaClO4 in EC/DMC (1:1, weigth ratio) as the electrolyte. The measurements were made at 0.05, 0.1 C, 0.5C, 1C, 2C and 3C (1C = 241 mAg-1) current densities and 1.5-4.1 V voltage range. 
According to the electrochemical measurement results, NaNi1/3Fe1/3Mn0.29Ca0.02Ti0.02O2 has higher capacitance (140 mAh.g-1) and power density and better capacity retention at the end of 30 cycles than the pristine O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 material.