Katı hal lityum iyon bataryalar için perovskit esaslı katı elektrolitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of perovskite-based solid electrolytes for solid state lithium ion batteries
Yazar: RAMIN JAHANGIROV
Danışman: DOÇ. DR. BERKE PİŞKİN
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışması, yüksek sıcaklıkta güvenilir performans sağlayan katı elektrolitlerin kullanımını artırmak için ABO3 yapıya sahip perovskit oksitlerinin geliştirilmesini hedeflemektedir. Bunun için LiFeO3 ailesi perovskit gurubu seçilmiş olup A-yer Ba2+, Sr2+ ve Ce3+ elementlerle katkılanarak LixSr1-xFeO3, LixBa1-xFeO3 ve LixCe1-xFeO3 yapıların x=0,1, 0,3, 0,5, 0,7, 0,9 oranlarda elde edilmesi hedeflenmiştir. Bahsi geçen malzemelerin A yerinde Li+ iyonlarının taşındığı oktahedral kanalların büyütülmesi ile burada toplam iletkenliğin artırılması amacıyla toplam on beş adet numune, LSF, LBF ve LCF yapılarının 191, 371, 551, 731, 911 kompozisyonları sol-jel özelinde Pechini yöntemi ile sentezlenmiştir. Sentezlenen numunelerin tek fazlı kristal yapılarının elde edilmesi amacıyla LSF yapılarının 191, 371, 551, 731, 911 kompozisyonları 900 °C, LBF yapılarının 191, 371, 551, 731, 911 kompozisyonları 700 °C ve 6 saat kalsinasyonu yapılmıştır. Yapı analizler XRD ile yapılmış olup detayı bir şekilde incelendikten sonra, malzemelerin morfolojik incelenmesi için SEM analizleri yapılmıştır. LSF ve LBF yapılarının 191 kompozisyonlarının tamamen saf üretilmesi ile beraber LSF 371 ve 551 kompozisyonlarında sırasıyla %86,2 ve %80,2 oranında, LBF 371 ve 551 kompozisyonlarında ise sırasıyla %89 ve %78 oranında perovskit yapılar üretilmiş olup elektriksel ölçümler için seçilmiştir. Seçilmiş kompozisyonların elektriksel ölçüm sonuçlarına göre LSF yapılı perovskitlerin toplam iletkenliklerinin LBF yapılı perovskitlere göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Her iki LSF ve LBF yapıları için en yüksek toplam iletkenlik LSF191 ve LBF191 kompozisyonlarında sırasıyla 5,43×10-5 ve 2,55×10-6 S/cm olduğu gözlemlenmiştir. Yapısal analizlerden sonra LCF kompozisyonlarında ise perovskit yapısının oluşmadığı gözlemlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Katı Lityum İyon Bataryalar, Katı Elektrolitler, PerovskitOksit, Elektriksel Ölçümler

Abstract:
This thesis aims to enhance the use of solid electrolytes that ensure reliable performance at high temperatures by developing perovskite oxides with the ABO3 structure. The selected perovskite family is LiFeO3, with doping at the A-site using Ba2+, Sr2+, and Ce3+ elements, targeting the synthesis of LixSr1-xFeO3, LixBa1-xFeO3, and LixCe1-xFeO3 structures at ratios of x=0.1, 0.3, 0.5, 0.7, and 0.9. The goal is to increase total conductivity by enlarging the octahedral channels through which Li+ ions are transported. Fifteen samples, including LSF, LBF, and LCF structures at compositions of 191, 371, 551, 731, and 911, were synthesized using the Pechini sol-gel method. To achieve single-phase crystal structures, the LSF compositions (191, 371, 551, 731, 911) were calcined at 900 °C, while the LBF compositions (191, 371, 551, 731, 911) were calcined at 700 °C for 6 hours. Structural analyses were conducted using XRD, and detailed examinations were performed. Additionally, SEM analyses were conducted to investigate the morphology of the materials. The LSF and LBF compositions at 191 were found to be completely pure. In the LSF 371 and 551 compositions, perovskite structures were produced at rates of 86.2% and 80.2%, respectively. For the LBF 371 and 551 compositions, the rates were 89% and 78%, respectively, and these compositions were selected for electrical measurements. Based on the electrical measurement results of the selected compositions, it was determined that the total conductivity of LSF-based perovskites was higher than that of LBF-based perovskites. The highest total conductivity for both LSF and LBF structures was observed in the LSF191 and LBF191 compositions, at 5.43×10-5 S/cm and 2.55×10-6 S/cm, respectively. After structural analyses, it was observed that perovskite structures did not form in the LCF compositions.
Keywords: Solid Lithium Ion Batteries, Solid Electrolytes, Perovskite Oxides, Electrical Measurements