Lityum kükürt pillerde h-BN/rGO/S katot uygulamaları
h-BN/rGO/S cathode applications in lithium sulfur batteries
Yazar: AYŞE ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. ALİ OSMAN AYDIN ; DOÇ. DR. HİLAL GÜNSEL
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Bor nitrür = Boron nitride ; Elektrotlar = Electrodes ; Katotlar = Cathodes ; Kompozitler = Composites ; Lityum-sülfür piller = Lithium-sulfur batteries

Özet:
Günümüz teknolojik gelişmeleri göz önüne alındığında, depolanabilir enerji büyük önem kazanmaktadır. Lityum pillerin yüksek enerji yoğunluğu ve çevre dostu olması gibi avantajlarının yanı sıra bazı dezavantajları da vardır. Bu dezavantajlar arasında yüksek sıcaklıklarda bozulma, koruyucu devre ihtiyacı, aşırı şarj veya termal bozulma sonucu kapasite kaybı sayılabilir. Bu dezavantajlardan kaçınmak için yapılan birçok çalışmada hekzagonal bor nitrür (h-BN) önemli bir rol oynamaktadır.
Bu çalışmada, benzersiz özelliklere sahip olan ve kullanıldığı alanlarda avantaj sağlayan h-BN nanokompozit sayesinde Li-S pillerin özelliklerinin iyileştirilmesi ve dezavantajlarının önüne geçilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, üstün mekanik ve kimyasal özelliklere sahip h-BN'nin yüksek elektriksel iletkenliğe sahip indirgenmiş grafen oksit (rGO) ile kompozit filmleri üretildi. Ağırlıkça farklı oranlarda h-BN içeren ve kükürt emdirilmiş serbest ve esnek h-BN/rGO/S kompozit kağıt elektrotlar hazırlandı. Elde edilen kompozit kağıtlar bağlayıcı kullanılmadan Li-S pillerde katot olarak kullanıldı.
bu çalışma kapsamında, kompozit filmlerin x-ışını kırınımı (XRD), alan emisyon tabancalı taramalı elektron mikroskobu (FEG-SEM) ve enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi (EDS) ile morfolojik ve yapısal analizleri yapılmıştır. CR2032 hücresinin basımı yapıldıktan sonra elektrokimyasal performans testleri yapılarak şarj-deşarj kapasiteleri kontrol edilmiştir. Sonuç olarak, h-BN/rGO bazlı kompozitler, lityum pillerin elektrokimyasal performansını ve elektron taşımasını daha da artırarak çevre dostu ve metal içermeyen malzemeler olarak geliştirilmiştir.

Abstract:
Considering today's technological developments, storable energy gains great importance. In addition to their advantages such as high energy density and environmental friendliness, lithium batteries also have some disadvantages. These disadvantages include degradation at high temperatures, the need for protective circuitry, loss of capacity due to overcharging, or thermal degradation. Hexagonal boron nitride (h-BN) plays an important role in many studies conducted to avoid these disadvantages.
In this study, it is aimed to improve the properties of Li-S batteries and prevent their disadvantages thanks to the h-BN nanocomposite, which has unique characteristics and provides advantages in the areas where it is used. For this purpose, the superior mechanical and chemical properties of h-BN were combined with reduced graphene oxide (rGO) to provide co-deposition of rGO layers in the composite film. In addition, free-standing and flexible h-BN/rGO/S composite paper electrodes containing different amounts of BN by weight and impregnated with sulfur were prepared. The obtained composite papers were used as cathodes in Li-S batteries without using binders.
Within the scope of this study, morphological and structural analyzes of the composite films were conducted with X-ray diffraction (XRD), field-emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). After the CR2032 cell was assembled, the charge-discharge capacities were checked by carrying out electrochemical performance tests. As a result, the h-BN/rGO based composites will be developed as environmentally friendly and metal-free materials by further increasing the electrochemical performance and electron transport of lithium batteries.