Sodyum iyon piller için yeni bir katot geliştirme
A new cathode devoloping for sodium ion batteries
Yazar: NUR ŞAŞMAZ
Danışman: PROF. DR. ŞABAN PATAT
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada sodyum iyon piller (SIB'ler) için ilk kez birlikteçöktürme yöntemi ve ardından katı hal reaksiyonumetodu kullanarakyeni bir katot aktif madde olan O3- NaMn0.42Fe0.17Ni0.42O2 maddesi sentezlendi. Sentezlenen maddenin yapısında bulunan Fe3+  ve Ni2+iyonlarının bir kısmının Cu2+, Ca2+ ve Ti4+iyonları ile yer değiştirmesinin havada kararlılık ve elektrokimyasal performansına olan etkisi incelendi. Kimyasal titrasyon, X-ışınları toz kırınım (XRD) desenleri, alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FESEM) görüntüleri ve iletkenlik ölçümleri, Fe3+ ve Ni2+ iyonlarının  Cu2+, Ca2+ ve Ti4+ iyonları ile yer değiştirmesinin O3- NaMn0.33Fe0.17Ni0.33Cu0.08Ca0.04Ti0.04O2 maddesinin'nin yapısındaki Na+ iyonlarının hava ile reaksiyonunu engelleyebileceği bulundu. Fe3+ ve Ni2+ iyonlarının  bir kısmının Cu2+, Ca2+ ve Ti4+ iyonları ile yer değiştirdiği O3- NaMn0.33Fe0.17Ni0.33Cu0.08Ca0.04Ti0.04O2 maddesinin O3-NaMn0.42Fe0.17Ni0.42O2 maddesine göre daha yüksek şarj/deşarj kapasitesi ve daha iyi şarj/deşarj döngü performansı gösterdiği bulundu. Bu durum küçük miktardaki Cu2+, Ca2+ ve Ti4+ iyonlarının Fe3+ ve Ni2+ iyonları yerine geçmesinin kristal yapıdaki ve havada kararlılığı artırdığı ve elektrokimyasal performansı iyileştirdiğini göstermektedir.
Sentezinin endüstriyel ölçekte uygulanabilir olması ve elektrokimyasal performansının iyi olması nedeniyle O3-NaMn0.33Fe0.17Ni0.33Cu0.08Ca0.04Ti0.04O2 katot aktif maddesi sodyum-iyon pillerin ticarileşmesinde umut verici bir katot aktif maddesi olarak kabul edilebilir.

Anahtar Kelimeler: Sodyum-iyon piller, katot aktif maddeler, tabakalı metal oksitler,O3-NaMn0.42Fe0.17Ni0.42O2

Abstract:
A novel O3-NaMn0.42Fe0.42Ni0.17O2 cathode material for sodium ion batteries is synthesized, for the first time, by a co-precipitation titration method with subsequent solid-state reaction. The effect of Ni2+, Cu2+ and Ca2+ substitution for Mn4+ and Fe3+ on the structural stability, rate capability and cycling stability of the cathode material is investigated. Chemical titration results,  powder X-ray diffraction patterns and field emission scanning electron microscope images indicate that the substitution of Ni2+, Cu2+ and Ca2+ and for Fe3+ and Mn4+ can inhibit the reaction of Na+ ions in the structure of O3-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2with air. The Ni2+, Cu2+ and Ca2+-substitutedO3-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2 cathode material shows higher capacity and a better cycling stability than that of O3-NaMn0.42Fe0.42Ni0.17O2, indicating that a small amount of Ni2+, Cu2+ and Ca2+ substitution can improve the structure/air stability and the electrochemical performance. The O3-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2 can be considered as a promising cathode active material to encourage progress toward sodium-ion battery commercialization due to the high industrial feasibility of the synthesis process and good 
electrochemical performance.

KeyWords: Sodium-ionbatteries, layered metal oxides, cathode active materials,O3-NaMn0.42Fe0.17Ni0.42O2