Tekstil bazlı lityum iyon piller için anot malzemesi geliştirilmesi
Development of anode materials for textile-based lithium-ion batteries
Yazar: SERHAN TÜRKOĞLU
Danışman: PROF. DR. AHMET SİNAN ÖKTEM
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Grafen oksit = Graphene oxide

Özet:
Bu çalışma, tekstil bazlı lityum iyon pillerde kullanılabilecek anot malzemesinin geliştirilmesini ve iplik formuna sokulmasını amaçlamıştır. Anot malzemesi olarak grafen bazlı iletken mürekkepler çalışılmıştır. Bu kapsamda (GO, PVP) ve (N-rGO, GO, PVP) içerikli mürekkepler oluşturulmuştur. Mürekkeplerin iplik formunu almasını sağlamak için ıslak eğirme yöntemi kullanılmıştır. Literatürde gerçekleştirilmiş çalışmalar ışığında bir ıslak eğirme düzeneği tasarlanmıştır. (GO, PVP) ve (N-rGO, GO, PVP) içerikli mürekkepler ıslak eğirme düzeneğinde çalıştırılarak kapasitif iletken iplik elektrotlar (KİİE) üretilmiştir. Ardından elde edilen iplik elektrotlar indirgenme işlemine tabi tutularak elektriksel olarak iletken hale getirilmiştir. Elde edilen indirgenme öncesi ve sonrası kapasitif iletken iplik elektrotlara; XRD, SEM ve elektriksel iletkenlik analizleri, çekme ve galvanostatik çevrim testleri uygulanmıştır. İndirgenmiş (GO, PVP) içerikli KİİE'ların elektriksel iletkenliği 172,33 S/m değerinde ölçülmüştür. İplik elektrotların elektriksel iletkenliğini artırmak için dispersiyonlara N-katkılı rGO eklenmiştir ve böylece İndirgenmiş (N-rGO, GO, PVP) içerikli KİİE'ların elektriksel iletkenlik değeri %56 iyileşme göstererek 269,12 S/m'ye ulaşmıştır. İndirgenmiş (GO, PVP) ve İndirgenmiş (N-rGO, GO, PVP) içerikli anot elektrotların başlangıç deşarj kapasiteleri sırasıyla; 322,13 mAh/g, 441,73 mAh/g, kulombik verimlilikleri ise sırasıyla; % 75,2, % 93,4 şeklinde tespit edilmiş ve 40 çevrim sonunda ise başlangıç deşarj kapasitelerinin sırasıyla; %67'sini ve %71'ini koruyabilmişlerdir.

Abstract:
This study aimed to develop the anode material that can be used in textile-based lithium-ion batteries and to put it into yarn form. Graphene-based conductive inks were researched as the anode material. In this context, inks containing (GO, PVP) and (N-rGO, GO, PVP) were created. Wet spinning method was used to ensure that the inks take the form of yarn. In the light of the studies carried out in the literature, a wet spinning device was designed. Capacitive conductive yarn electrodes were produced by running (GO, PVP)and (N-rGO, GO, PVP) containing inks in a wet spinning setup. Then, the obtained yarn electrodes were subjected to the reduction process and made electrically conductive. XRD, SEM and electrical conductivity analyses, tensile and galvanostatic cycling tests were performed on the capacitive conductive yarn electrodes obtained before and after reduction. The electrical conductivity of yarn electrodes containing (GO, PVP) was measured at 172,33 S/m. N-doped rGO was added to the dispersions to increase the electrical conductivity of the yarn electrodes. Thus, the electrical conductivity value of yarn electrodes containing (N-rGO, GO, PVP) showed an improvement of 56% and reached 269,12 S/m. Initial discharge capacities of anode electrodes containing (GO, PVP) and (N-rGO, GO, PVP) were measured as 322.13 mAh/g and 441.73 mAh/g, respectively. The coulombic efficiencies were calculated as 75.2% and 93.4%, respectively. At the end of 40 cycles, they were able to maintain 67% and 71% of their initial discharge capacity, respectively.