Search for new cathode compositions for mildly acidic Zn-MnO2 batteries

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: YİĞİT AKBAŞ

Danışman: YUNUS EREN KALAY

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tez, Zn-iyon piller için yeni bir MnO2 bazlı katot bileşimleri bulmaya odaklanmaktadır. Bu amaçla magnetron sıçratma yoluyla biriktirilen kalın film katotları kullanılarak eşzamanlı üretim yaklaşımı kullanıldı. İncelenen sistem, NaMnO2, Bi2O3, NiO ile alaşımlanmış MnO2'dir. Bu amaçla dört sıçratma diski hazırlanmıştır. MnO2 diski 3 inç çapında merkezi konuma yerleştirilmiş ve diğer oksitler 2 inç çapında ve birbirine 120°'lik açılarla üçgen oluşturacak şekilde yerleştirilmiştir. 12,7 mm çapındaki altlıklar, üçgen geometriye sahip bir altlık tutucu haznesine yerleştirilmiştir. Her biri farklı bir bileşime sahip tek bir sıçratma deneyinde toplam 36 katot biriktirilmiştir. Altı deney yapılarak 216 katot elde edilmiştir. Katotlar, akım toplayıcı olarak kullanılan Ni folyo üzerine kaplanmıştır. Kaplamalar tipik olarak 0,23 ila 2,38 mg arasında değişen bir kütle ile 3 μm kalınlığındadır. Kullanılan hücreler Swagelok tipindedir. Anot olarak 300 µm kalınlığında Zn folyo ve elektrolit olarak 2M ZnSO4 + 0.1 M MnSO4 sulu çözeltisi kullanılmıştır. Ön sonuçlara göre Mn bakımından zengin katotlar olumlu sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, detaylı çalışma için altı setten üç set katot seçilmiştir. Her katot için döngüsel voltametri ve galvanostatik testler gerçekleştirilmiştir. Na'nın %11 ila %78 arasında değiştiği Bi-Mn-Ni üçlü diyagramının Mn açısından zengin köşesi, kapasiteler, döngüsel kararlılık ve deşarj plato potansiyelleri açısından haritalanmıştır. Haritalara dayalı olarak, 400 mAh/g'ın üzerinde deşarj kapasitelerine sahip üç aday kompozisyon seçilmiştir. Bunlar Bi0.04Na0.55Ni0.04Mn0.36Ox, Bi0.04Na0.37Ni0.06Mn0.53Ox ve Bi0.02Na0.63Ni0.02Mn0.33Ox'dir. Seçilen katotların tam potansiyelini kontrol etmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır.