Lityum iyon piller için bor içerikli elektrolit katkı malzemesi geliştirilmesi
Development of boron containing electrolyte additive for lithium ion batteries
Yazar: ZAHİD SARIGÖL
Danışman: PROF. DR. GÖKSEL ÖZKAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Taşınabilir elektrikli cihaz kullanımının artması ile birlikte, enerjinin düşük hacimde ve ağırlıkta depolanması çalışmaları hız kazanmaktadır. Bu konuda lityum iyon piller, yüksek enerji depolama kapasitesi, yüksek enerji yoğunluğu (kWh/kg), uzun kullanım ömrü, yüksek şarj-deşarj verimi ve giderek düşen maliyeti ile diğer alternatiflerin önüne geçmektedir. Sıvı elektrolitlerin iyonik iletkenliği ve elektrotların yüzeyinde oluşan katı elektrolit yüzey (KEY) tabakası lityum iyon pillerin performansına etki eden en önemli faktörlerdendir. Elektrolit katkı malzemeleri, üretim maliyetini önemli ölçüde artırmadan ve üretim sürecini değiştirmeden elektrolitin iyonik iletkenliğini artırma, KEY tabakasını oluşturma gibi katkılar sağlar. Bu çalışmada, elektrolit katkı malzemesi olarak Li/LiCoO2 pilinde kullanılmak üzere literatüre uygun olarak trifenilfosfin bor triflorür (BF3.PPh3) sentezlenmiştir. Sentezlenen maddenin yapısının ve bileşiminin belirlenmesi amacıyla FTIR, XPS, XRD ve NMR analiz teknikleri kullanılmıştır. BF3.PPh3, belli oranlarda 1 M LiPF6- EC/DMC/DEC (hacimce 1:1:1) elektrolitine katkılanarak pil performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Laboratuvarda hazırlanan elektrotlar ve elektrolitlerle CR2032 düğme tipi piller üretilmiştir. Döngülü voltametri ve şarj-deşarj testi ile pilin elektrokimyasal analizi yapılmıştır. Elektrolite kütlece %0,5 ve %1 BF3.PPh3 katkılanması, pilin iyonik iletkenliğini ve kapasite tutma oranını artırmıştır. Sonuçlar BF3.PPh3 maddesinin lityum iyon pillerde potansiyel uygulama alanı olduğunu göstermiştir.

Abstract:
With the increase in the use of portable electrical devices, efforts to store energy in low volume and mass are gaining momentum. In this regard, lithium-ion batteries stand out from other alternatives with their high energy storage capacity, high energy density (kWh/kg), long service life, high charge-discharge rate and gradually decreasing cost. The ionic conductivity of the liquid electrolytes and solid electrolyte interphase (SEI) layer formed on the electrode's surface are some of the most important factors controlling the performance of the lithium ion batteries. Electrolyte additives provide contributions such as increasing the ionic conductivity of the electrolyte and forming the SEI layer without significantly increasing the production cost and changing the production process. In this work, triphenylphosphine boron trifluoride (BF3.PPh3) was synthesized in accordance with the literature to be used as an electrolyte additive in Li/LiCoO2 half-cells. FTIR, XPS, XRD and NMR analysis techniques were used to determine the structure and composition of the synthesized substance. The battery performance was investigated by adding certain amounts of BF3.PPh3 in 1 M LiPF6- EC/DMC/DEC (1:1:1 by volume) electrolyte. CR2032 coin cells were assembled with the electrodes and electrolytes prepared in the laboratory. The electrochemical behaviors of the battery were investigated via cyclic voltammetry and charge-discharge test. The addition of 0,5% wt and 1% wt BF3.PPh3 into the electrolyte improved the ionic conductivity and the capacity retention of the lithium ion battery. The results show that BF3.PPh3 has potential applications in lithium ion batteries.