Bazı katkı maddelerinin vanadyum redoks bataryalardaki pozitif elektrolitin elektrokimyasal davranışına olan etkilerinin incelenmesi
Investigations the effects of some additives on the electrochemical behaviors of positive electrolye of vanadium redox battery
Yazar: METİN GENÇTEN
Danışman: PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN ; DOÇ. DR. ALİ ÖZCAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, fumed silika, TiO2, B2O3, α- Al2O3, γ-Al2O3, gibsit, böhmit, asetonitril ve TiOSO4 maddeleri içeren vanadyum redoks bataryalara ait pozitif elektrolit çözeltileri hazırlanmış ve hazırlanan sistemler elektrokimyasal, spektroskopik ve termal olarak karakterize edilmiştir. Elektrokimyasal olarak katkı maddelerinin optimum oranları dönüşümlü voltametri ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi yöntemleri ile belirlenmiştir. Kalem ucu grafit elektrot kullanılarak yapılan dönüşümlü voltametri analizlerinde tarama hızı optimize edilerek 20 mV/s olarak belirlenmiş ve elektrot yüzeyine kütle aktarımının difüzyonun yanında adsorbsiyonla da gerçekleştiği saptanmıştır. Ayrıca, çalışılan elektrotların yüzey morfolojisi ve kimyasal yapısı SEM, EDX ve XPS analizleri incelenmiştir. Optimum oranda katkı içeren sistemlerin şarj-deşarj testleri yapılmış ve en yüksek deşarj kapasitesi değerlerine sırasıyla 91,71; 91,19; 89,09 ve 86,19 mAh ile asetonitril, boroksit, fumed (dumanlı) silika ve γ-alümina katkılarını içeren elektrolit sistemlerinde ulaşılmıştır. Katkı maddelerini içeren elektrolit çözeltileri UV-VIS ile karakterize edilmiştir. Kullanılan katkı maddelerinin V(V) çözeltisinin termal kararlılığına olan etkileri -20, 25, 40 ve 60 °C'de incelenerek, bu katkı maddelerinin V(V) iyonunun çökme eğilimine olan etkileri belirlenmiştir. Bu kapsamda, 40 °C'de ve daha yüksek sıcaklıklarda fumed silika, TiO2, B2O3, γ -Al2O3, gibsit, böhmit ve TiOSO4 katkılarının vanadyum redoks bataryaların pozitif elektrolit bileşeni için çökme engelleyici ajanlar olarak kullanılabilecekleri sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, positive electrolyte solutions of vanadium redox battery consisting of fumed silica, TiO2, B2O3, α-Al2O3, γ-Al2O3, gibbisite, boehmit, asetonitril and TiOSO4 as additive were prepared and the solutions were characterized electrochemically, spectrally and thermally. Optimum amount of additives were determined by electrochemical methods such as cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The optimum scanning rate used cyclic voltammetric analysis with pencil graphite electrode was adjusted as 20 mV/s and the mass transfer mechanism on the electrode surface was determined as diffusion and adsorption. Besides, the surface morphology and chemistry of used electrodes were investigated SEM, EDX and XPS analysis. Cyclic charge-discharge tests were performed in the solution having optimum amount of additives and the highest discharge capacities were determined as 91,71; 91,19; 89,09 and 86,19 mAh in the solution consisting of acetonitrile, boroxide, fumed silica and γ-alümina as additive, respectively. The solutions consisting of additives were characterized UV-VIS analysis. The effects of additives on the thermal stability of V(V) solutions were investigated at -20, 25, 40 and 60 °C and the effects of additives on thermal precipitation of V(V) were determined. In this concept, the result was obtained that the additives fumed silica, TiO2, B2O3, γ -Al2O3, gibbsite, boehmite and TiOSO4 can be used as anti-precipitation agents for the positive electrolyte component of vanadium redox battery.