XBH4 ve X(BH)3 (X=Li, Na) malzemelerinin yapısal, mekanik, elektronik ve hidrojen depolama özelliklerinin ab-initio yöntem ile incelenmesi
Investigation of the structural, electronic, mechanical and thermodynamic properties of XBH4 X(BH)3 (X=Li, Na) hydrogen storage materials with ab-initio
Yazar: SÜLEYMAN LAFCI
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ÖRNEK ; DOÇ. DR. SELGİN AL
Kırşehir Ahi Evran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada F4 ̅3m uzay grubundaki XBH4 ve Fm3 ̅m uzay grubundaki X(BH)3 (X=Li, Na) malzemeleri araştırıldı. Bu hidrit bileşiklerin hidrojen depolama, yapısal, elektronik ve mekanik özellikleri yoğunluk fonksiyonel teorisine dayalı genelleştirilmiş gradient yaklaşımı ile hesaplandı. Yapısal özellikler kapsamında denge durumundaki atomik pozisyonlar, örgü sabitleri ve oluşum enerjileri elde edildi.  Oluşum enerjileri bu malzemelerin tümünde negatif değerde ve sentezlenebilir oldukları tespit edildi. Elektronik bant yapıları, toplam ve kısmi durum yoğunlukları hesaplandı ve grafikleri çizildi. İncelenen bu hidrit bileşiklerin Fermi seviyesi civarında elektronik bantları arasında bir GAP'a sahip oldukları ve yalıtkan özellikte oldukları görüldü. Mekanik özellikler kapsamında bu hidrit bileşiklerin ikinci mertebeden elastik sabitleri, Bulk modülü, Young modülü, Shear modülü, B/G oranı ve Poisson oranı elde edildi. Ayrıca, 0 kbar – 200 kbar arasında örgü sabitlerinin, elastik sabitlerinin ve elastik modüllerinin basınçla değişimi hesaplanarak çizildi. Elastik sabitlerinden Born kararlılık şartlarını sağladıkları ve mekanik olarak kararlı yapıda oldukları belirlendi. Hidrojen depolama özellikleri kapsamında bu hidrit bileşiklerin ağırlıkça gravimetrik hidrojen yoğunluğu ve desorpsiyon sıcaklıkları hesaplandı. Ağırlıkça Gravimetrik hidrojen yoğunluğu LiBH4 için %15.61, Li(BH)3  için ağırlıkça %6.65, NaBH4 için %9.63 ve Na(BH)3 için   %4.91 olarak elde edildi.
Anahtar Kelimeler: Hidrojen depolama, hidrit bileşikler, mekanik özellikler

Abstract:
In this study, XBH4 materials in the F4 ̅3m space group and X(BH)3 (X=Li, Na) materials in the Fm3 ̅m space group were investigated. Hydrogen storage, structural, electronic and mechanical properties of these hydride compounds were calculated by generalized gradient approximation based on density functional theory. Within the scope of structural properties, atomic positions at equilibrium, lattice constants and energies of formation were obtained.  Formation energies were found to be negative in all of these materials and they were found to be synthesisable. Electronic band structures, total and partial densities of states were calculated and drawn. It was observed that these hydride compounds have a GAP between their electronic bands around the Fermi level and have insulating properties. Within the scope of mechanical properties, second order elastic constants, Bulk modulus, Young's modulus, Shear modulus, B/G ratio and Poisson's ratio of these hydride compounds were obtained. In addition, the variation of lattice constants, elastic constants and elastic moduli with pressure between 0 kbar - 200 kbar were calculated and drawn. From the elastic constants, it was determined that they fulfil the Born stability conditions and are mechanically stable. The gravimetric hydrogen density and desorption temperatures of these hydride compounds were calculated within the scope of hydrogen storage properties. Gravimetric hydrogen density was obtained as 15.61 wt% for LiBH4, 6.65 wt% for Li(BH)3, 9.63 wt% for NaBH4 and 4.91 wt% for Na(BH)3.
Keywords: Hydrogen storage, hydride compounds, mechanical properties