SnO 2 Esaslı Li-iyon Pil Elektrotların Hacim Genleşmesi Problemini Aşmaya Yönelik Yeni Bir Yaklaşım

Abstract

Enerji depolama sistemlerinden yüksek özgül enerjiye sahip Li-iyon piller ve bu piller için yüksek performanslı elektrot malzemelerinin üretimi son yıllarda enerji alanına ilginin artması ile önem kazanmıştır. Bu elektrot malzemelerinden SnO2 yüksek teorik kapasitesi (1491 mAhg-1), iyi çevrim yeteneği ve yüksek kolombik verimliliği ile ilgi çekicidir. Ancak üstün özelliklerinin yanı sıra SnO2 elektrot malzemesinde şarj/deşarj sırasında hacim genleşmesi ve buna bağlı olarak pulverizasyon görülmektedir. Bu probleme aşmak için karbon esaslı malzemeler ile kompozit yapı oluşturmak iyi bir yoldur. Farklı formlardaki karbon (grafen, karbon nano tüp, karbon fiber v.b.) hem mekanik özellikleri hem de geniş bir sıcaklık aralığında asidik ya da bazik çözeltiler içerisinde yüksek kimyasal kararlılığa sahip olmasından dolayı elektrokimyasal uygulamalar için uygun bir malzemedir. Onaylanan Bütçe: Bu proje kapsamında öncelikle karbon nano tüplerin etrafı ara yüzeyde bir boşluk bırakılarak SnO2 ile kaplanmış ve KNT çekirdekli SnO2 nanotüp (KNT@boşluk@SnO2) yapısı elde edilmiştir. Ardından bu yapı proje kapsamında kimyasal yöntemlerle pulcuk grafitten üretilen grafen tabakaları arasına yerleştirilmiş KNT/SnO2 nanotüp/grafen üç bileşenli kompozit elektrotların üretimi gerçekleştirilmiştir. Literatürde yer almayan tek boyutlu boşluk içeren ve grafen tabakaları arasına dekore edilmiş bu yapı ile SnO2'nin elektrokimyasal çevrimdeki agregasyon ve pulverizasyondan korunmasının sağlanması, çevrim esnasında oluşacak hacimsel genleşmenin karşılanması ve dolayısıyla, oluşacak stresin elimine edilmesi ve lityum iyonlarının difüzyon mesafesinin kısaltılması sorunlarının üstesinden gelinmiştir. Böylelikle, SnO2 nin yüksek teorik elektrokimyasal potansiyelinden faydalanılmış ve ticari Li iyon pillerde uygulamaya aktarılması önündeki engellerden en önemli olan engelin kalkması sağlanmıştır.