Çinko anot elektrotun sulu elektrolit içeren bataryalarda kullanımı
Using zinc anode electrode in aqueous electrolyte containing batteries
Yazar: EREN DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. REZAN DEMİR ÇAKAN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüzde teknolojik aletlerin kullanımı ve teknolojik gelişmenin devamı için gereken enerjinin doğayı tahrip etmeyecek şekilde üretilmesi ve konvansiyonel olarak depolanıp kullanılabilmesi şarttır. Bataryalar birkaç yüzyıl boyunca gelişimlerini devam ettirerek, üretilen enerjinin depo edilmesi için en uygun aday olduğu görülmüştür. Bataryalar ile ilgili ilk çalışmalarda sulu elektrolitler kullanılmıştır. Organik çözücü içeren Li-iyon bataryalar da enerji depolama ünitesi olarak sıklıkla kullanılmasına rağmen, güvenlik problemleri ile karşı karşıya kalmışlardır. Dolayısıyla, günümüzde daha güvenli, çevre dostu ve ekonomik elektrolit ile çalışan ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip enerji depolama sistemlerinin arayışı devam etmektedir. Yüksek değerlikli sulu elektrolit bataryalar, iyon transferi sonucu daha yüksek teorik kapasitesine sahip olmaları ve kullanılan metallerin daha ucuz olmaları sebebiyle lityum iyon bataryaların yerine geçebilecek kullanışlı bir alternatiftir. Sulu elektrolit Zn-iyon bataryalar çok değerlikli iyon bataryalar arasında umut verici performansa sahip seçeneklerden bir tanesidir. Sulu elektrolit Zn-iyon bataryalar için uygun katot yapısı ve uygun interkalasyon mekanizmasının arayışı devam etmektedir.
Bu çalışmada, çinko iyon bataryalarda kullanılabilecek Zn anotun ve çinko iyon bataryalarda kullanılabilecek LiFePO4, FePO4 ve λ-MnO2 katot adaylarının yarım hücre performansları incelenmiştir. Daha sonra, FePO4 katot, Zn anot ve 1M ZnSO4 sulu elektrolitten oluşan tam hücre test edilmiş ve ilk çevrimde 150 mAh/g'lık kapasite elde edilmiştir. Tam hücredeki Zn iyon interkalasyon mekanizması EKKM tekniği ile detaylı bir şekilde incelenmiştir.

Abstract:
Nowadays, the energy required for the use of technological tools and for the continuation of technological development must be produced in a way that does not destroy the nature and can be stored and used conventionally. Batteries have continued to evolve over several centuries, making it the most suitable candidate for the storage of energy produced. Aqueous electrolytes were used in the first studies on batteries. Although Li-ion batteries containing organic solvents are frequently used as energy storage units, they have faced security problems. Therefore, today, the search for safer, environmentally friendly and economical electrolyte and high energy density energy storage systems continues. Multivalent aqueous electrolyte batteries are a useful alternative to lithium ion batteries because they have a higher theoretical capacity as a result of ion transfer and are cheaper than metals used. Aqueous electrolyte Zn-ion batteries are one of the options with promising performance among multivalent ion batteries. The search for suitable cathode structure and suitable intercalation mechanism for aqueous electrolyte Zn-ion batteries continues. In this study, the half cell performances of Zn anode and LiFePO4, FePO4 and λ-MnO2 cathode candidates that can be used in zinc ion batteries were investigated. And then, the full cell consisting of FePO4 cathode, Zn anode and 1M ZnSO4 aqueous electrolyte was tested and a capacity of 150 mAh/g was obtained in the first cycle. The Zn ion intercalation mechanism in the full cell was investigated in detail by the EQCM technique.