Nano boyutta hBN kaplamanın pil ayırıcılarının fiziksel özelliklerine etkisi
Influence of nanoscale hBN coating on the physical properties of battery separators
Yazar: Elmusa, Benan; Töre, İrfan; Ay, Nuran
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 41 No. 1, 2024
Anahtar kelimeler: Material Characterization ; Malzeme Karekterizasyonu ; Materials Engineering (Other) ; Malzeme Mühendisliği (Diğer) ; Hekzagonal bor nitrür,lityum iyon pil ayırıcı,ıslatılabilirlik,termal stabilite,nano hBN ; Hexagonal boron nitride,lithium-ion battery separator,wettability,thermal stability,nano hBN

Şarj edilebilir lityum iyon piller (LİP) günümüzde taşınabilir cihazlar ve elektrikli araçlar gibi tüm elektronik cihazlarda kullanılmaktadır. Pillerde anot ve katot arasında bulunan ayırıcının temel işlevi pillerin içindeki elektrokimyasal reaksiyona doğrudan dahil olmayıp, şarj-deşarj işlemleri sırasında iyonların verimli bir şekilde aktarılmasını sağlamaktır. Ticari olarak çeşitli polimerler ve cam fiber ayırıcılar kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Celgard 3501(3501), cam fiber Gelon (GF) ve Whatman GF/D cam fiber (WT) ayırıcılar kullanılmıştır. Nano hBN ile hazırlanan farklı çözeltiler ayırıcılara kaplanarak ayırıcıların temel fiziksel özellikleri incelenmiştir. Tüm ayırıcıların faz analizleri (XRD), FTIR analizleri, katlanma davranışı, temas açıları ölçümü, sıcaklığa karşı davranışları, mikroyapıları incelenmiş, kalınlık ve ağırlık değişimi ölçülmüştür. XRD ve FTIR analizleri, hBN kaplamanın başarıyla gerçekleştiğini göstermektedir. Ayırıcıların temas açısı ölçümleri sonuçlarına göre, nano hBN kaplamanın ıslanabilirliği artırdığını, özellikle 3501 kodlu ayırıcıda daha fazla ıslanabilirlik sağladığını ortaya koymuştur. Termal analizlerin sonuçları, nano hBN kaplı ayırıcıların yüksek sıcaklıklarda bile boyutsal stabilitesini koruduğu belirlenmiştir. Kaplama çözeltisinde bağlayıcı olarak kullanılan PVDF miktarına göre ayırıcıların yüzey morfolojisi ve gözenekliliği etkilenmiştir. Sonuçlar, nano hBN kaplamanın, lityum iyon pillerde kullanılan ayırıcıların güvenliği ve performansını artırma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.

Rechargeable lithium-ion batteries (LIB) are currently used in all electronic devices such as portable devices and electric vehicles. The main function of the separator between the anode and cathode in the batteries is not directly involved in the electrochemical reaction inside the battery, but to ensure the efficient transfer of ions during the charge-discharge processes. Various polymers and glass fiber separators are used commercially. In this study, Celgard 3501, Gelon glass fiber and Whatman GF/D separators were utilized. Different solutions prepared with nano hBN were coated on the separators and the basic physical properties of the separators were investigated. Phase analysis (XRD), FTIR analysis, folding behavior, contact angle measurement, behavior against temperature, microstructure of all separators were examined, thickness and weight change were measured. XRD and FTIR analyses show that the nano hBN coating was successfully realized. According to the results of the contact angle measurements of the separators, it was revealed that the nano hBN coating increased the wettability, especially in the separator code 3501, it provided more wettability. Thermal analysis results showed that nano hBN coated separators maintained their dimensional stability even at high temperatures. The surface morphology and porosity of the separators were affected by the amount of PVDF used as a binder in the coating solution. The results indicate that nano hBN coating has the potential to improve the safety and performance of separators used in lithium-ion batteries.