Lityum iyon bataryalarda biyokütle kaynaklı aktif karbonun katot performansı üzerine etkisi
The effect of biomass based activated carbon on the cathode performance in the lithium-ion batteries
Yazar: SEMİHA YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. HAKAN TEMÜR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Biyokütle = Biomass ; Enerji depolama = Energy storage ; Lityum iyon pil = Lithium ion battery

Özet:
Amaç: Bu çalışmadaki temel amaç lityum iyon bataryalarda iletkenlik arttırıcı katkı maddesi olarak kullanılan aktif karbonun atık biyokütleden elde edilmesidir. Bu hedef doğrultusunda hazırlanan aktif karbon katkılı katotlarla elde edilen bataryanın elektrokimyasal performansı incelenmiştir.
Yöntem: Bu çalışmada üretilen elektrotların elektrokimyasal analizlerini gerçekleştirebilmek için üç elektrodlu hücre düzeneği kullanılarak analizler gerçekleştirilmiştir. Çalışma dört temel aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada biyokütleden aktif karbon malzemesi sentezlenmiştir. İkinci aşamada sentezlenen aktif karbon malzemesi LiCoO2 aktif malzemesine iletkenlik artırıcı katkı maddesi olarak katkılanarak katot elektrodu hazırlanmıştır. Üçüncü aşamada üretilen katot elektrodu ile oksijensiz ortamda üç elektrotlu hücre düzeneği hazırlanmıştır. Son olarak elde edilen batarya ile elektrokimyasal analizler gerçekleştirlmiştir. Sentezlenen aktif karbon malzemesinin yüzey karakterizasyonu için XRD, SEM ve BET analizleri yapılmıştır.
Bulgular: Elde edilen biyokütle kabuklarının aktif karbonun özelliklerini taşıdığı ve gözenekli bir yapıya sahip oldukları XRD, SEM ve BET analizlerinden anlaşılmaktadır. Elektrokimyasal test sonuçları, araştırma bulguları ve tartışma bölümlerinde sunulmuştur.
Sonuç: Şarj-deşarj eğrileri ve döngüsel voltametri sonuçları birlikte incelendiğinde denemelerde kullanılan her üç aktif karbon örneğinin de pilin şarj-deşarj kapasitesini olumsuz şekilde etkilediği ve kapasite kaybına yol açtığı anlaşılmıştır. Genel olarak her üç karbon kaynağı ile katkılanmış pil örneğinde de beklenen anot-katot reaksiyonlarının gerçekleşmediği gözlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: elektrokimyasal enerji, lityum iyon batarya, enerji depolama, biyokütle, aktif karbon, LiCoO2.

Abstract:
Objective: The main purpose of this study is to obtain activated carbon, which is used as a conductivity enhancing additive in lithium-ion batteries, from waste biomass. The electrochemical performance of the battery obtained with activated carbon doped cathodes prepared in line with this goal was investigated.
Method: In order to perform electrochemical analyzes of the electrodes produced in this study, analyzes were carried out using a three-electrode cell assembly. The study consists of four main stages. In the first step, activated carbon material was synthesized from biomass. The cathode electrode was prepared by adding the synthesized activated carbon material to the LiCoO2 active material as a conductivity increasing additive in the second stage. A three-electrode cell assembly was prepared in an oxygen-free environment with the cathode electrode produced in the third stage. Finally, electrochemical analyzes were carried out with the obtained battery. XRD, SEM and BET analyzes were performed for the surface characterization of the synthesized activated carbon material.
Results: It is understood from XRD, SEM and BET analyzes that the obtained biomass shells have the properties of activated carbon and have a porous structure. The results obtained from the electrochemical test are presented in the research results and discussion sections.
Conclusion: When the charge-discharge curves and cylic voltagram results were examined together, it was seen that all three activated carbon samples used in the experiments negatively affected the charge-discharge capacity of the battery and caused capacity loss. In general, it was observed that the expected anode-cathode reactions did not occur in the battery samples doped with all three carbon sources.
Keywords: electrochemical energy, lithium ion battery, energy storage, biomass, activated carbon, LiCoO2