LİTYUM İYON PİLLER İÇİN OLİVİN TİPİ KATOT AKTİF MADDEİSNİN(LİFEPO4C) HİDROTERMAL METOD İLE SENTEZLENMESİ
Proje no. 716 · Durum: Kapanmış · 2016
Özet
Fosil kaynakların rezervlerinin yıllar geçtikçe azalması ve enerji eldesi amacıyla kullanımı sonucu ortaya çıkan sera gazlarının çevresel problemlere sebep olması kullanımını sınırlı hale getirmektedir. Özellikle taşıtlarda yakıt olarak bu kaynakların kullanımı alternatif çözümlere yönelimi zorunlu kılmaktadır. Bu çözümlerden biri olarak yenilenebilir enerji kaynakları (rüzgar, güneş vb.) sayılabilir. Bu enerjinin sürekliliğinde depolanması ve kesintiye uğradığı zamanlarda ise enerji depolama sistemlerinden kullanılması bir gereklilik olmaktadır. Enerjinin depolanmasında şarjedilebilir piller yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu piller arasında yüksek enerji yoğunluğuna sahip şarjedilebilir lityum iyon piller binek araçlarda, endüstriyel taşıtlarda, botlarda, denizaltılarda, cep telefonlarından dizüstü bilgisayarlara birçok elektronik araçta kullanılmaktadır. Lityum iyon pil talebinde daha çok dışa bağımlı olan ülkemizde yeni üretime geçen elektrikli araçlar için lityum iyon pillerinin yüksek performans ile üretimi oldukça önemlidir. Lityum iyon pillerin üretiminde maliyeti belirleyen ana bileşen katot maddesidir. Lityum iyon pillerinde katot maddesi genellikle katı-hal sentezi ile üretilmektedir. Ancak bu yöntemin maliyetli ve fazla işlem aşamalarında oluşmasından dolayı daha hızlı ve ekonomik üretim imkanları araştırılmaktadır. Hidrotermal sentez ile elde edilen katot maddesi diğer yöntemlere kıyasla daha küçük tanecik boyutlu (mikro veya nano), yüksek performanslı ve yüksek teorik kapasitelidir. Bu proje kapsamında yeniden şarjedilebilen lityum iyon pilleri için katot maddesi olarak LiFePO4/C nano boyutta farklı çalışma koşullarında (sıcaklık, basınç ve süre) hidrotermal sentez yöntemi ile üretilecektir. Literatürde reaksiyon basıncının sentezlenen katot maddesi üzerine etkisini inceleyen bir çalışmaya rastlanmamıştır. 100 cm3 iç hacmine sahip olan reaktörde demir sülfat 7-hidrat (FeSO4.7H2O), orto-fosforik asit (o-H3PO4), lityum hidroksit (LiOH) ve saf su farklı oranlarda karıştırılarak suyun kritikaltı ve kritiküstü koşullarında ısıtılacaktır. Antioksidan olarak ilk defa sodyum sulfit (Na2SO3) ve karbon kaynağı olarak sodyum dodesil sülfat (SDS) kullanılacaktır. Antioksidan ile Fe+2’nin Fe+3 ve/veya Fe+4’e yükseltgenmesi engellenirken, stabilizatör ile hem sentezlenen taneciğin boyutu ve morfolojisi kontrol edilmiş hem de karbon kaynağı olarak kullanılmış olacaktır. Reaksiyon sonrası oluşan katot aktif maddesi (LiFePO4); SEM-EDX, XRD, FT-IR gibi analiz metodları ile incelenecektir. Bu karakterizasyon çalışması ile katot maddesinin tanecik boyutu, boyut dağılımları, yüzey morfolojisi, element içeriği, saflığı, birim hücre parametresi, kristal boyutu ve yapısındaki fonksiyonel gruplar belirlenecektir. Ülkemiz açısından da büyük önem taşıyan enerji depolama konusunda yapılacak araştırmalara temel oluşturulmuş, bu alanda yeni çalışacaklara rehberlik yapılmış ve SCI’de yer alan uluslararası dergilerde yapılacak yayınlarla ülkemizin bilimsel düzeyinin arttırılmasına katkı sağlanmış olunacaktır. Ayrıca, ülkemizin kendi özkaynakları ile daha ekonomik bir şekilde katot aktif maddesinin üretilebilmesine olanak sağlanmış olacaktır. Bu amaçla yatırım yapmak isteyen özellikle akü fabrikalarına bu çalışma model teşkil edecektir. Elektrikli araçların yaygın kullanımı için ihtiyaç duyulan yeni nesil pil teknolojisinin gelişimine katkı sağlanacaktır. Lityum-iyon pillerin kapasitesi arttırılarak pil teknolojisinin gelişiminde bir adım atılmış olacaktır.