Li-iyon piller için fiziksel buhar biriktirme (PVD) ile Zn/ZnO nanokompozit elektrodların geliştirilmesi
Development of Zn/ZnO nanocomposite electrodes via physical vapor deposition for lithium-ion batteries
Yazar: YASEMİN AYDIN
Danışman: PROF. DR. HATEM AKBULUT
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Lityum = Lithium ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Piller = Battery ; Çinko oksit = Zinc oxide

Özet:
Gelişen teknoloji ile lityum iyon piller şarj edilebilir pil endüstrisinde bir çığır açmıştır. Lityum iyon piller zehirli olmayan, nispeten düşük maliyetli ve tekrar kullanılabilirlik gibi üstün özellikleri olan son dönemde en yaygın enerji depolama kaynaklarındandır. Nano kristalin ZnO ince filmleri yüksek teorik enerji kapasitesi ve geniş bant aralığı sayesinde Li-iyon piller için uygun anot malzemesi gibi birçok uygulama alanına sahiptir.Bu çalışmada yüksek safiyetteki (%99,98) saf çinko tel termal buharlaştırma yöntemiyle cam altlık üzerine farklı ortam basınçlarında biriktirilmiştir. Üretilen saf çinko kaplamalar nano kristalin çinko oksit esaslı filmler elde etmek için farklı altlık sıcaklıklarında ve farklı oksijen kısmi basınçlarında plazma ile oksitlenmiştir. Bu ince filmler büyüme sırasında üretim şartlarının ve oksidasyon parametrelerinin özelliklere etkisini incelemek için karakterize edilmiştir. Kaplama basıncı, kısmi oksidasyon basıncı ve sürenin film özelliklerine, tercihli yönlenme düzlemlerine, mikroyapıya, yüzey pürüzlülüğüne, tane boyutuna ve nihai olarak levhasal özdirence olan etkileri taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-Işınları difraktometresi (XRD), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), dört noktalı elektriksel iletkenlik testleri kullanılarak araştırılmıştır.Sonuç olarak tane boyutları 11-17 nm aralığında değişen ve düşük yüzey pürüzlülüğüne sahip nanokristalin yapıda çinkoca zengin çinko oksit filmler elde edilmiştir. Elektriksel direnç değerlerinin yeterli seviyelerde bulunduğu görülmüştür. Çok yüksek teorik enerji kapasitesine sahip olan ZnO, Li-iyon pil hücrelerinde geleneksel olarak kullanılan grafit anot yerine geliştirilen iyi bir adaydır.

Abstract:
Lithium ion batteries have revolutionized the rechargeable battery industry with the developing technology. Lithium ion batteries are non-toxic, relatively low cost and superior properties, such as re-usability of the storage period, the most common sources of energy. Nano-crystalline ZnO thin films have a lot of applications such as anode material for Li-ion batteries with high theoretical energy capacity and wide band gap.In this thesis, high purity zinc targets (99,98 %) were deposited on sodium silicate glasses by using thermal evaporation technique in different ambient pressures. The resultant pure zinc films were oxidized under plasma conditions at different oxygen partial pressure in order to produce nano crystalline zinc oxide based layers. The resultant thin films are characterized towards their properties as a function of deposition and oxidation parameters during film growth. The effects of coating pressure, oxygen partial pressure and coating time on the film properties, texture orientation, microstructure, surface roughness, grain size and sheet resistance were studied via X-ray diffraction (XRD) techniques, scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and 4-point probe resistivity measurement tests.The results were shown that films are produced in zinc rich zinc oxide nano crystalline structure in which has a grain size between 11-17 nm. ZnO is an interesting candidate for the use as in Li ion batteries instead of traditional graphite anode it has a very high theoretical energy capacity.