Arabinogalaktan ve kemik tutkalının lityum-iyon pillerde membran olarak kullanılması
Use of arabinogalactan and bone glue as membranes in lithium-ion batteries
Yazar: SEYRAN ALTUN
Danışman: PROF. DR. GÜLFEZA KARDAŞ ; DOÇ. DR. MURAT FARSAK
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Günlük hayatta birçok alanda karşımıza çıkan piller, kimyasal enerjiden elektrik enerjisi üreten cihazlardır. Aynı zamanda bu enerjiyi depo eden ve taşınabilir bir şekilde kullanmamızı sağlayan güç kaynaklarıdır. Bu kaynakların en önemlisi Li-iyon pillerdir ve yaklaşık olarak yirmi yıl öncesinden başlayarak, piyasaya sürülmesiyle kişisel dijital elektronik devriminin güç merkezi olarak kabul edilir. Günlük yaşamından zaten fark edilmiş olabileceği gibi, mobil elektronik cihazların artan işlevselliği her zaman daha iyi Li-iyon piller gerektirir. Li-iyon piller için bir diğer önemli genişleyen pazar, yalnızca yüksek güç, yüksek kapasite, yüksek şarj oranı, uzun ömür, aynı zamanda önemli ölçüde geliştirilmiş güvenlik performansı ve düşük maliyetli yeni nesil Li-iyon piller gerektiren elektrikli ve hibrit araçlardır. Bu çalışmada arabinogalaktan(AG) ve kemik tutkalının(KT) Li-iyon pillerde separatör membran olarak kullanılması çalışılmıştır. Hazırlanan separatör membranların yüzey morfolojileri SEM; molekül ağırlıkları GPC; spektroskopik ölçümleri FT-IR; termal karakterizasyonu DSC; kalınlıkları Pırofilometre; elektrolit ile ıslanılabilirliğini KSV Attension ThetaLite TL 101 Optical Tensiometer temas açısı ölçümü ile yapılmıştır. Hazırlanan coin pil hücresinin: tam hücre, şarj-deşarj, pil döngü testleri ve elektrokimyasal ölçümleri de yapılmıştır. AG ve KT separatör membranların 1 M LiCIO4/DMSO çözeltisi içerisinde Rs değerleri sırasıyla; 1034 ohm cm2 ve 668 ohm cm2 olarak ölçülmüştür. Sonuç olarak, AG ve KT separatör membranların amorf yapısına rağmen çözelti dirençleri esneklik ve uzama özellikleri, termoplastik separatör membranlar ile yakındır. Pil performansları incelendiğinde KT biyopolimerlerinin kullanımının Li-iyon pillerde potansiyel bir uygulama alanı bulabileceği; AG separatör membranın ise esnekliği arttırılıp, oda koşullarında bekleme süresine bağlı kırılganlığı azaltılarak pil hücrelerinde kullanıma uygun hale getirileceği ve bu alanda yapılacak gelecekteki çalışmaların önemli fırsatlar sunacağı ön görülmektedir.

Abstract:
Batteries, which are devices that convert chemical energy into electrical energy, are encountered in many areas of daily life. They also store this energy and allow us to use it in a portable manner. The most important of these sources are Li-ion batteries, and since their introduction about twenty years ago, they have been regarded as the power center of the personal digital electronics revolution. As may have already been noticed in daily life, the increasing functionality of mobile electronic devices always requires better Li-ion batteries. Another important expanding market for Li-ion batteries is electric and hybrid vehicles, which not only require high power, high capacity, high charge rate, long life, but also significantly improved safety performance and low-cost next-generation Li-ion batteries. In this study, the use of arabinogalactan (AG) and bone glue (KT) as separator membranes in Li-ion batteries was investigated. The surface morphologies of the prepared separator membranes were characterized by SEM; molecular weights by GPC; spectroscopic measurements by FT-IR; thermal characterization by DSC; thicknesses by Profilometer; and electrolyte wettability by contact angle measurement using KSV Attension ThetaLite TL 101 Optical Tensiometer. The full cell, charge-discharge, cycle tests, and electrochemical measurements of the prepared coin cell were also conducted. The Rs values of AG and KT separator membranes in 1 M LiCIO4/DMSO solution were measured as 1034 ohm cm2 and 668 ohm cm2, respectively. As a result, despite the amorphous structure of AG and KT separator membranes, their solution resistances, flexibility, and elongation properties are close to those of thermoplastic separator membranes. When battery performances were examined, it was predicted that the use of KT biopolymers could find a potential application area in Li-ion batteries; the AG separator membrane, by increasing its flexibility and reducing its brittleness dependent on storage time at room conditions, could be made suitable for use in battery cells, offering significant opportunities for future studies in this field.