Lityum-iyon Piller için Poliüretan Esaslı Esnek Jel Polimer Elektrolit
Tez Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Fen - Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Türkiye
Tez Danışmanı: Memet Vezir Kahraman
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: Türkçe
Özet:
Lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunluğu, yüksek verimlilik, hafiflik, taşınabilirlik ve güvenlik gibi avantajlı özellikleri sayesinde on yıllardır güç kaynağı olarak tüketici elektroniği pazarına hakimdir. Şimdi elektrikli araçlar için güç kaynakları ve sabit enerji depolama gibi büyük ölçekli enerji depolamaya artan talep, araştırmacıların lityum iyon pillerin performansını enerji yoğunluğu, hız kapasitesi, döngüsel stabilite ve güvenlik gibi çeşitli yönlerden daha da artırmalarını gerektirmektedir. Sıvı elektrolitli lityum iyon pillerin uygulanmasında, yüksek derecede yanıcı organik sıvı elektrolitlerin varlığı nedeniyle sızıntı, alev ve patlamalar gibi bazı ciddi sorunların meydana geldiği bildirilmiştir. Solvent içermeyen katı elektrolitlerin kullanımı, sıvı elektrolitlerin mevcut güvenlik sorununu çözmenin ideal yoludur, ancak bu avantaj önemli ölçüde azaltılmış iletkenlikle birlikte gelir. Sıvı ve katı polimer elektrolitlerin pozitif özelliklerini birleştirmek için, sırasıyla katı polimer elektrolitler ve sıvı elektrolitlerden daha yüksek iyonik iletkenliğe ve daha fazla stabiliteye sahip jel polimer elektrolitler tanıtılmıştır ve sonuç olarak lityum iyon pillerin güvenlik sorununa alternatif bir çözüm sağlayabilirler.Lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunluğu, yüksek verimlilik, hafiflik, taşınabilirlik ve güvenlik gibi avantajlı özellikleri sayesinde on yıllardır güç kaynağı olarak tüketici elektroniği pazarına hakimdir. Şimdi elektrikli araçlar için güç kaynakları ve sabit enerji depolama gibi büyük ölçekli enerji depolamaya artan talep, araştırmacıların lityum iyon pillerin performansını enerji yoğunluğu, hız kapasitesi, döngüsel stabilite ve güvenlik gibi çeşitli yönlerden daha da artırmalarını gerektirmektedir. Sıvı elektrolitli lityum iyon pillerin uygulanmasında, yüksek derecede yanıcı organik sıvı elektrolitlerin varlığı nedeniyle sızıntı, alev ve patlamalar gibi bazı ciddi sorunların meydana geldiği bildirilmiştir. Solvent içermeyen katı elektrolitlerin kullanımı, sıvı elektrolitlerin mevcut güvenlik sorununu çözmenin ideal yoludur, ancak bu avantaj önemli ölçüde azaltılmış iletkenlikle birlikte gelir. Sıvı ve katı polimer elektrolitlerin pozitif özelliklerini birleştirmek için, sırasıyla katı polimer elektrolitler ve sıvı elektrolitlerden daha yüksek iyonik iletkenliğe ve daha fazla stabiliteye sahip jel polimer elektrolitler tanıtılmıştır ve sonuç olarak lityum iyon pillerin güvenlik sorununa alternatif bir çözüm sağlayabilirler.
Ayrıca, ticari sıvı elektrolitlerle
karşılaştırıldığında, lityum iyon pillerdeki jel polimer elektrolitlerin ana
avantajları sızıntı yapmayan doğası ve daha yüksek termal stabilitesi olup
esnek, daha ince ve daha küçük elektrokimyasal cihazlar hazırlamak için
kullanılabilirler.
Lityum iyon pillerde elektrolit; güncel yoğunluğu, zaman
kararlılığını, bataryanın güvenilirliğini, katı elektrolit arayüzünün oluşumunu
ve özellikle lityum-iyon pil güvenliğini belirlemek için anahtar
faktördür.Lityum iyon pillerin güvenlik kazaları genellikle hücre genişlemesi,
kabuk sızıntısı, elektrolitte ve elektrot bölümlerinde aşırı şarj, termal şok
ve kısa devre gibi anormal ortamlarda yanma ve patlama nedeniyle gerçekleşir.
Bunlar anahtar ekipmanın sağlığı ve güvenliği açısından tehdit oluşturabilir.
Jel polimer elektrolitler bağlayıcı, ayırıcı ve elektrolit gibi çoklu rolleri
yerine getirme yetenekleri sebebiyle bugüne kadar katı hal lityum pilleri ve
süper kapasitörlerde artan bir ilgi görmüştür.
Ana malzeme olarak kullanılacak olan Poliüretan akrilat
(PUA), düşük sıcaklıkta yüksek darbe ve çekme mukavemeti, aşınma direnci,
kontrol edilebilir sertlik, düşük viskozite, yüksek kürleme hızı ve
kimyasal/çözücülere karşı mükemmel dirençle birleştirilmiş tokluk gibi mükemmel
fiziksel özellikleri nedeniyle hızlı bir ilgi ve gelişme kazanmıştır. Aynı
zamanda ışıkla kürlenebilen bir malzemedir. Lityum iyon pil teknolojisinde de
malzemenin var olan avantajlı özellikleri nedeniyle yüksek iletkenlik ve verim
sağlanması hedeflenmektedir.