SYNTHESIS OF DISPERSIBLE LiFePO4 PARTICLES WITH CONTROLLED SIZE AND MORPHOLOGY VIA POLYOL ROUTE
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: ELİF COŞKUN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Simge Çinar Aygün
Eş Danışman: Bora Maviş
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Enerji depolamada yaygın kullanımlarına rağmen, yüksek maliyet ve güvenlik lityum iyon bataryalar (LIBs) için iki önemli endişe kaynağıdır. Yüksek verimli sentez sağlayan, güvenli, ölçeklendirilebilir, adapte edilebilir ve enerji verimli bir yöntemin eksikliği elektroaktif malzemelerin yüksek maliyetlerinin ana nedenlerindendir. Bu ihtiyaç, sadeliği ve ölçeklendirilebilirliği nedeniyle poliol sentez yöntemine olan ilgiyi arttırmıştır. Bununla birlikte LiFePO4 (LFP) nanoparçacıklarının poliol sentezi yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada, hiyerarşik ve dağıtılabilir LFP nanoparçacıklarını sentezlemek için ölçeklendirilebilir, güvenli, yüksek verimli, düşük sıcaklık poliol yöntemi kullanılmıştır. Sentez ortamı olarak yüksek zincirli poliollerin yaygın çözücü olarak kullanıldığı örneklerinin aksine, bu çalışmada daha yüksek polariteye ve daha düşük kaynama noktasına sahip etilen glikol kullanımı önerildi. Reaksiyon ortamındaki su miktarı, poliolün kaynama noktası ve kullanılan reaktantların çözünürlüğü arasındaki ilişki ortaya çıkarıldı. LFP kristallizasyonu 170 °C kadar düşük sıcaklıklarda gözlemlendi ve 9 saat reaksiyondan sonra %97 verim elde edildi. LFP parçacıklarının morfolojileri ve boyutları, yapıda lityum iyonunun hızlı difüzyonunu sağlamak, yüksek hacimsel enerji yoğunluğuna erişebilmek ve elektrot üretimi sırasında ortaya çıkabilecek operasyonel sorunları ortadan kaldırmak için kritik öneme sahiptir. Elektroaktif malzemelerde nano-boyut daha büyük boyutlarla kıyaslandığında hızlı reaksiyon kinetiğini sağlarken, süspansiyon viskozitesini arttırmakta, doldurma yoğunluğunu düşürmekte ve böylece hacimsel enerji yoğunluğunu azaltmaktadır. Nano-birimlerden oluşan hiyerarşik yapıların sentezi son zamanlarda ilgi görmektedir. Düşük süspansiyon viskozitesine, yüksek elektrokimyasal davranışa ve doldurma yoğunluğuna sahip dağıtılabilir hiyerarşik yapıların tasarlanması esastır. Bu tezde, sitrik asit ve askorbik asit, poliol yöntemi ile nano-boyutlu birincil birimlere sahip hiyerarşik mikrometre-altı boyutlu LFP parçacıklarının tasarlanması için kullanılmıştır. Sentezlenen tozların elektrokimyasal davranışı, dağıtılabilirliği, doldurma yoğunluğu ve süspansiyon viskoziteleri incelenmiştir. Hiyerarşik LFP parçacıklarının kullanılması, literatürde raporlanan nano-boyutlu parçacıklara kıyasla önemli ölçüde düşük süspansiyon viskozitelerinin elde edilmesine ve doldurma yoğunluğunda önemli bir iyileşmeye yol açmıştır.