Lityum hava bataryalar için kimyasal ve biyolojik yöntemlerle metal oksit esaslı katotların geliştirilmesi
Development of chemical and biologically synthetic metal oxide based cathode electrodes for lithium air battery applications
Yazar: MİHRAÇ HALEBİ
Danışman: DOÇ. DR. TUĞRUL ÇETİNKAYA
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Anahtar Kelimeler: MnO2, Katalizör, Lityum-oksijen pil, İçi boş yapı, Nanotel
Tüm dünyada yüksek kapasiteli şarj edilebilir depolama sistemlerine ciddi bir talep var. Lityum-hava (Li-O2) piller, fosil yakıtlara yakın yüksek enerji depolama kapasiteleri nedeniyle yeni nesil enerji depolama sistemleri olarak kabul edilmektedir. MnxOy polimorfları, Li-O2 pil sistemlerinde kataliz olarak sıklıkla kullanılır. MnxOy polimorfları arasında, α-MnO2 ve Mn2O3, Li-O2 pil sistemlerinde kullanılmak üzere oldukça umut vaadedici katalizörlerdir. Bununla birlikte, bu polimorfların Li-O2 pil sistemlerinde elektrokimyasal performansı için bireysel çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada, Li-O2 pil sistemlerinde içi boş nano küresel morfolojine sahip α-MnO2, Mn2O3 nanopartiküllerinin, ve nanotel morfolojisine sahip Biyo-α-MnO2 nanopartiküllerinin performansını analiz ederek morfoloji ve kristal fazın pil performansına etkisini araştırdık. Ayrıca, MnO2'nin morfolojik değişimini gözlemlemek için farklı parametreler (örn. Reaksiyon süresi, asitlik, kalsinasyon sıcaklığı) araştırıldı. Sonuçlarımız, nanotel biyo-α-MnO2'nin, içi boş nano küresel α-MnO2 ve Mn2O3'e kıyasla daha üstün performans sergilediğini göstermektedir. Bunun sebebi nanotel Biyo-α-MnO2'nın kristal yapı ve morfolojisinin reaksiyonlar için daha geniş katalitik alan sağlamasıdır. Kapasite sınırlı elektrokimyasal testler, nanotel biyo-MnO2'nin kapasite kaybı olmadan 60 çevrim boyunca 800 mAh g-1 spesifik kapasite ve 60 çevrimden sonra %10, 2 kapasite kaybı olduğunu ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, içi boş nano küresel Mn2O3 ve α-MnO2 50 ve 40 döngü için aynı kapasiteyi sağlayabilir.

Abstract:
Keywords: MnO2, Catalyst, Lithium-oxygen battery, Hollow structure, Nanowire
There is a considerable demand for the high capacity rechargeable storage systems throughout the world. Lithium-oxygen (Li-O2) batteries are considered the next-generation energy storage systems due to their high energy storage capacity close to fossil fuels. MnxOy polymorphs are frequently utilized in Li-O2 battery systems as catalysis. Among MnxOy polymorphs, MnO2 and Mn2O3 are highly promising systems to be utilized in Li-O2 battery systems. Although, individual studies were carried out for the electrochemical performance of these polymorphs in Li-O2 battery systems. In the current study, we investigated the effect of morphology and crystal phase by analyzing the performance of the different structure of hollow structured α-MnO2 nanoparticles and hollow Mn2O3 polymorphs and nanowire Biyo-α-MnO2 in Li-O2 battery systems. battery performance. Moreover, different parameters (eg reaction time, acidity, calcination temperature) were investigated to observe the morphological evolution of hollow structure MnO2. Our results indicate the superior performance that biyo nanowire MnO2 compared to hollow α-MnO2 and Mn2O3, which is attributed to the crystalline structure and size of biyo-α-MnO2, and enhances the surface area of the catalysis. Capacity-limited electrochemical tests reveal that nanowire biyo- MnO2 provides 800 mAh g-1 capacity for 60 cycles without loss of capacity and 10.2%capacity loss after 60 cycles. However, the hollow Mn2O3 and α-MnO2 nanospheres can provide the same capacity for 50 and 40 cycles.