Lityum-iyon piller için polivinil asetat bağlayıcılı Süper P bazlı yüksek kapasiteli anotun elektrokimyasal performans analizi
Electrochemical performance analysis of Super P-based high-capacity anode with polyvinyl acetate binder for lithium-ion batteries
Yazar: Devlet, Bayram; Keçebaş, Ali
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 40 No. 4, 2025
Anahtar kelimeler: Electrical Energy Storage ; Elektrik Enerjisi Depolama ; Electrochemical Energy Storage and Conversion ; Elektrokimyasal Enerji Depolama ve Dönüşüm ; Super P,polyvinyl acetate,aqueous binder,discharge capacity,lithium-ion battery ; Süper P,polivinil asetat,sulu bağlayıcı,deşarj kapasitesi,lityum-iyon bataryası

Günümüzde ticari Lityum-iyon pillerin anot elektrot bileşeni için düşük kapasiteli standart Grafit aktif malzemesine ikame olarak yüksek kapasiteli anot aktif malzeme arayışı sürmektedir. Ayrıca geleneksel elektrotların sentezinde yüksek maliyetli poliviniliden florür bağlayıcısı ve ilgili bağlayıcıyı çözmek için toksik n-metil-2-pirolidon çözücüsü yerine düşük maliyetli ve çevre dostu suda çözünür bağlayıcıların kullanımıyla sürdürülebilir pillerin imal edilebilirliği öngörülmektedir. Bu hususlar çerçevesinde, suda çözünür polivinil asetat (PVAc) bağlayıcılı Grafit ve Süper P bazlı olmak üzere iki farklı anot elektrotunun karşılaştırmalı deneysel çalışması gerçekleştirilmiştir. Çalışma, Süper P iletken katkılayıcı maddesinin anot aktif malzemesi olarak kullanıldığı durumunda geleneksel Grafit’e göre anot elektrotunun kapasitesi üzerindeki etkisine odaklanmıştır. Süper P ve Grafit esaslı anotların etkinliğini kapsamlı bir şekilde değerlendirmek için bulamaç karıştırma tekniğinden yararlanarak sentezlenen elektrotlar çeşitli elektrokimyasal ve malzeme karakterizasyon teknikleri kullanılarak kapsamlı analizlere tabi tutulmuştur. Elektrokimyasal değerlendirmeler, Süper P anodun 200’üncü döngüde 0,2 C akım yoğunluğunda 534 mAh/g’lik deşarj kapasitesiyle Grafitin teorik kapasitesi olan 372 mAh/g’a göre %43 daha fazla kapasite sağladığını göstermiştir. Ayrıca, elektrotların EIS analizleri sonucunda Süper P anotun daha düşük yük transfer direnci ve daha yüksek çift katman kapasitansına sahip olduğu belirlenmiş, bu da elde edilen yüksek performansın yapısal kaynaklarını desteklemiştir. Bulgular, Super P’nin üstünlüğünü ve PVAc’nin çevreci, düşük maliyetli katkısını göstermektedir.

Currently, there is an ongoing search for high capacity anode active material as a replacement for low capacity standard Graphite active material for the anode electrode component of commercial Lithium-ion batteries. In addition, it is envisaged that sustainable batteries can be manufactured by using low-costly and environmentally friendly water-soluble binders instead of the high-costly polyvinylidene fluoride binder and the toxic n-methyl-2-pyrrolidone solvent to dissolve related binder in the synthesis of conventional electrodes. Within the framework of these issues, a comparative experimental study of two different anode electrodes has been carried out as Graphite and Super P based with water-soluble Polyvinyl acetate (PVAc) binder. The study has been focused on the effect of Super P conductive additive on capacity of the anode electrode compared to conventional Graphite when used as anode active material. To comprehensively evaluate the effectiveness of Super P and Graphite based anodes, the synthesized electrodes using slurry mixing technique have been subjected to comprehensive analysis using various electrochemical and material characterization techniques. Electrochemical evaluations demonstrate that Super P anode has been provided discharge capacity of 534 mAh/g at 0.2 C current density at the 200th cycle that is 43% more than the Graphite’s theoretical capacity of 372 mAh/g. In addition, EIS analysis revealed that the Super P anode exhibited lower charge transfer resistance and higher double-layer capacitance, further confirming the structural origins of the observed superior performance. The findings demonstrate the superiority of Super P and the eco-friendly, cost-effective contribution of PVAc.