Yeni tip fosfazen temelli katot malzemelerin sentezi ve lityum sülfür bataryalarda özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of new types of phosphazene-based cathodes and investigation of their properties in lithium sulfur batteries
Yazar: SEDAT KÜÇÜKKÖYLÜ
Danışman: PROF. DR. SERKAN YEŞİLOT
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Sülfürün doğal bolluğu, düşük toksisitesi ve 2567 Wh/kg 'lık yüksek teorik enerji yoğunluğundan dolayı Li-S piller yeni nesil lityum piller arasında en umut vaat eden adaylardan biri olarak görülmektedir. Bu tez kapsamında, lityum sülfür pillerde katot malzeme olarak kullanılabilecek polifosfazen temelli akrilik gruplar taşıyan polimerlerden ilk aşamada polibis(2-akrilamidoetoksi) fosfazen (3) ve polibis(1,3-diakrilamido-2-propanoksi) fosfazen (4) sentezlendi. İkinci aşamada polifosfazen temelli etilen glikol içeren ve akrilik gruplar taşıyan polifosfazen temelli poli((2-akrilamidoetoksi)-r-(metoksietoksietoksi)) fosfazen (5) ve poli((1,3-diakrilamido-2-propanoksi)-r-(metoksietoksietoksi)) fosfazen (6) polimerleri sentezlendi. Sentezlenen (3), (4), (5) ve (6) polimerler sülfür ile vulkanizasyon yöntemi kullanılarak elektroaktif (7), (8), (9) ve (10) polimerleri hazırlandı. Tüm polimerlerin karakterizasyonu uygun teknikler kullanılarak gerçekleştirildi.
(7), (8), (9) ve (10) polimerlerinin elektrokimyasal performansları iki aşamada değerlendirildi. İlk aşamada alev geciktirici özellik gösterebilecek polifosfazen temelli (9) ve (10) polimerlerinin elektrokimyasal ölçümleri %50 sülfür içerikli (9) polimerinin C/5 akım yoğunluğundaki ilk deşarj kapasitesi 1205 mAh/g 'lık bir değeri işaret ederken 200 çevrim sonunda yaklaşık 400 mAh/g 'lık bir deşaj kapasitesi ile bu aşamadaki en umut vaat eden kapasiteleri sergiledi. İkinci aşamada ise etilen glikol içeren polifosfazen temelli (7) ve (8) polimerlerinin elektrokimyasal ölçümleri %50 etilen glikol içerikli (7) polimeri ilk deşarj kapasitesi 1296 mAh/g ve 105 çevrim sonunda 745 mAh/g 'lık kapasite ile ikinci aşamadaki en stabil sonuçları sergiledi.

Abstract:
Li-S batteries are seen as one of the most promising candidates among the new generation lithium batteries due to the natural abundance of sulfur, low toxicity and high theoretical energy density of 2567 Wh/kg. Within the scope of this thesis, in the first step, polybis(2-acrylamidoethoxy) phosphazene (3) and polybis(1,3-diacrylamido-2-propanoxy) phosphazene (4) were synthesized from polymers containing acrylic groups polyphosphazene-based that can be used as cathode materials in lithium sulfide batteries. In the second stage, containing ethylene glycol and carrying acrylic groups polyphosphazene-based, poly((2-acrylamidoethoxy)-r-(methoxyethoxyethoxy)) phosphazene (5) and poly((1,3-diacrilamido-2-propanoxy)-r-(methoxyethoxyethoxy))phosphazene (6) polymers were synthesized. Electroactive polymers (7), (8), (9) and (10) were prepared from the synthesized polymers (3), (4), (5) and (6) by using the vulcanization method. The characterization of all polymers was carried out using appropriate techniques.
Electrochemical performances of (7), (8), (9) and (10) polymers were evaluated in two stages. Electrochemical measurements of polyphosphazene-based (9) and (10) polymers, which may show flame retardant properties in the first stage, indicate a value of 1205 mAh/g at the C/5 current density of the 50% sulfur-containing polymer (9), while at the end of 200 cycles With a discharge capacity of about 400 mAh/g, it demonstrated the most promising capacities at this stage. In the second stage, the electrochemical measurements of the polyphosphazene-based (7) and (8) polymers containing ethylene glycol, the first discharge capacity of the 50% ethylene glycol-containing (7) polymer was 1296 mAh/g and at the end of 105 cycles, a capacity of 745 mAh/g. showed the most stable results in the second phase.