Ga katkısının nano ölçekli Li₅ˍ₇CaLa₂Zr₂O₁₂katı elektrolit malzemesinin performans değerlerine etkisinin elektrik, elektronik ve kristal özellikleri bakımından incelenmesi
Influence of gallium substitution on the crystal and electronic properties of Li₅ˍ₇CaLa₂Zr₂O₁₂ solid state battery electrolyte
Yazar: ÇİĞDEM KAYA
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN MURAT ÖZKENDİR
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Günümüzde teknolojinin geldiği son seviye ile daha küçük ve taşınabilir elektromanyetik cihazlar hayatın her noktasında vazgeçilmez hale gelmiştir. Bu teknolojilerin sonucu olarak, yüksek performans ve dayanıklılıkta taşınabilir enerji kaynaklarının eksikliği bilimsel çalışmalarda enerji alanındaki araştırmalara yön vermektedir.Enerji depolama sistemleri üzerine yapılan araştırmalar, lityum iyon pilleri yüksek performanslı ve yeniden doldurulabilen depolama sistem araştırmalarında en önemli konuma getirdi. Özellikle son 25-30 yılda bu alanda sürekli daha iyi ve yüksek performanslı pil yapılarını araştırmanın geleceğin teknolojisi için en önemli aşama görevini üstlenmiştir. Bu anlamda, araştırmalar temelde katot ve elektrolit malzemeleri üzerine odaklanmıştır. Bu çalışmada, son yılların popüler çalışma alanlarından olan katı hal elektrolit başlığı altında,Li₅ˍ₇CaLa₂Zr₂O₁₂ malzemesinin kristal ve elektronik yapısında galyum katkısının etkisi x-ışını temelli tekniklerle (x-ışını kırınımı (XRD) ve x-ışını soğurma ince yapı spektroskopisi (XAFS)tekniği ile araştırılmıştır. Çalışma, ana formülde yer alan kalsiyum koordinasyonlarına galyum (Ga)ikamesi sürecinin araştırılması üzerine odaklanmıştır. Analiz için güçlü arka plan verileri elde etmek için ayrıca FEFF 8.20 programıyla hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Çalışma ile,Ga bölgeleri üzerindeki iyonik aktiviteler nedeniyle malzeme içinde kristal faz geçişleri tespit edilmiştir. Faz geçişinin başlıca nedeni olarak, hafif galyum atomları ile farklı oksidasyon durumlarına sahip daha ağır Ca atomları arasındaki iyonik ve iyonik hacim farklarının olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Today, with the latest level of technology, smaller and portable electromagnetic devices have become indispensable in every point of life. As a result of these technologies, the lack of portable energy sources with high performance and durability is directed towards research into energy development in scientific studies. Research on energy storage systems has brought lithium-ion batteries to the highest level in high-performance and rechargeable storage system research. 25-30 years ago, in this area of research, it has always been the most important stage for the future technology of researching better and higher level battery structures. In this study, research is mainly focused on cathode and electrolyte materials. Mainly the focus point is the Li₅ˍ₇CaLa₂Zr₂O₁₂ solid-state electrolyte material which is one of the popular topic of recent years. The research was carried on the crystal and electronic structure of the gallium substitution by x-ray the based techniques. The study focuses on gallium (Ga) substitution in calcium coordination in the main formula. Also, calculations were performed to support the experimental data by the commercial code FEFF 8.20. The study shows crystal phase transitions within the material related to ionic activities with Ga regions. Thereason forthe phase transitions were due to the ionic value and ionic volume mismatch between light gallium atoms and heavier Ca atoms.