Tek Duvarlı Karbon Nanotüpün Kurşun Asit Stop-Start Akü Performansına Etkisi
The Impact of Single Wall Carbon Nanotubes on Lead Acid Stop-Start Battery Performance
Yazar: Gürsoy, İlter; Özdemir, Mustafa Bahadır
Dergi: Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, Vol. 13 No. 4, 2025
Anahtar kelimeler: Energy Systems Engineering (Other) ; Enerji Sistemleri Mühendisliği (Diğer) ; Lead Acid Battery,Additive,Carbon Nanotube,Active materials ; Kurşun Asit Akü,Katkı malzemesi,Karbon nanotüp,Aktif malzemeler

Kurşun-asit aküler hammaddesinin bol olması, güvenilir teknolojisi, geri dönüştürülebilirlik oranının yüksek olması nedeni ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelişen araç teknolojileri ve  çevresel sürdürülebilirlik şartları; Stop-Start özellikli akülerin sarj kabul kabiliyeti, kapasite ve çevrim ömrü özelliklerinin geliştirilmesini gerekli kılmıştır. Yüksek iletkenlik kabiliyetleri, sülfatlaşmayı engelleyici iyon bağ yapıları, yüzey alanı ve gözenekli yapıya katkıları nedeniyle karbon ve karbon türevleri çoğunlukla negatif aktif malzeme için katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Pozitif aktif malzeme katkısı olarak kullanımı için sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu araştırma, geliştirilmiş sulu kurşun-asit akü (EFB) içerisindeki pozitif plakalarda katkı maddesi olarak kullanılan Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerin (SWCNT), akünün elektrokimyasal performansına ve plaka yapısal özelliklerine etkisini ve endüstriyel olarak kullanılabilirliğini incelemeyi amaçlamıştır. %0,4 oranında N-metil-2-pirolidon (NMP) ile karıştırılmış SWCNT 0,0005%-0,1% geniş bir oran aralığında pozitif aktif malzemeye eklenmiştir. Aktif malzeme hazırlanmasında kurşun oksit, polyester elyaf ve seyreltilmiş sülfürik asit çözeltisi kullanılmış ve plakalar kürleme işlemi uygulanarak kristal yapıları oluşturulmuştur. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını kırınımı (XRD) analizleri, SWCNT ilavesinin kristal yapıların oluşumunu olumsuz etkilemediğini, kristal yapıların ağırlıklı olarak 3BS kristal yapılarında şekillendiğini göstermiştir. 2V test hücreleri tasarlanmış ve üretilmiştir. Test hücrelerinin elektriksel performansları; kapasite, empedans ve çevrim ömrü testleri yapılarak sonuçlar irdelenmiştir. SWCNT katkısı olan hücrelerin, formasyon esnasında daha düşük voltajlarda şarj edilebildiği, özgül kapasite ve çevrim ömrünün de arttığı gözlemlenmiştir. Katkı oranı yüksek SWCNT içeren hücreler, kontrol örneklerine kıyasla %55'e kadar daha yüksek kapasite ve 1,5 kat daha fazla çevrim ömrü ortaya koymuştur. Bu gelişmeler, pozitif aktif malzemedeki iletkenliğin artması, plaka üzerindeki sülfatlaşmanın azalmasıyla açıklanmaktadır; Bu da SWCNT katkısının geliştirilmiş kurşun-asit akü performansını artırma potansiyeliyle tutarlılık göstermektedir.

Lead-acid batteries are widely used due to their abundant raw materials, reliable technology, and high rate recyclability. Advancing vehicle technologies and sustainability conditions have made stop-start features essential for battery charging acceptance, capacity, and cycle life. Due to their high conductivity, sulfating-inhibiting ion bonding structures, surface area, and porous features, carbon and carbon derivatives are used as additives for negative active materials. There are limited studies on their use as additives for positive active materials. This research aimed to investigate the effects of Single Walled Carbon Nanotubes (SWCNTs) used as additives in positive plates in enhanced flooded lead-acid batteries (EFBs) as electrochemical performance and plate structural properties of the battery and its industrial usability. SWCNT mixed with 0.4% N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to the positive active material with a wide range of ratios from 0.0005% to 0.1%. Lead oxide, polyester fiber, and diluted sulfuric acid solution were used in the preparation of the active material, and the plates were cured to create their crystal structures. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analyses showed that the addition of SWCNTs did not negatively affect the formation of crystal structures and the crystal structures were predominantly formed in 3BS crystal structures. 2V test cells were designed and manufactured. The electrical performance of the test cells was evaluated as capacity, impedance, and cycle life tests. It has been observed that cells with SWCNT can be charged at lower voltages during formation process, and their specific capacity and cycle life are increased as well. Cells with high SWCNT additive exhibited up to 55% higher capacity and 1.5 times longer cycle life compared to control samples. These improvements are explained by increased conductivity in the positive active material and decreased sulfating on the plate, which is consistent with the potential of SWCNT additive to enhance improved lead-acid battery performance.