PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL

Development and characterization of high energy cathode materials for lithium-ion batteries Lityum iyon piller için yüksek kapasiteli ve enerjili katot malzemelerinin geliştirilmesi, üretilmesi ve karakterizasyonu

Bu tezin amacı pillerde kullanılan katot malzemelerinden LiCoO2 malzemesi temeline dayanan ve genel formülü LiCo1-xMxO2 veya LiCo1-y-xMxNyO2 olan yüksek enerjili katot malzemesi üretmektir. Bunu sağlamak için, literatürde daha az çalışılmış olan Mo, Cr ve W gibi alaşım elementleri ile daha sıklıkla kullanılan Mn elementi kullanılmıştır. Tez çalışmaları boyunca, çözelti hazırlama, dondurarak kurutma ve kalsinasyon gibi işlemlerin eniyilemesi çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre dondurarak kurutma işleminin 24 saat uygulanması, etkili bir kuruma için yeterlidir. 700°C?nin altında veya 800°C?nin üstünde uygulanan kalsinasyon işlemi sonucunda tek faz tabakalı LiCoO2 elde edilememiştir. Ayrıca pH?ın 10.75 değerine yakın bir yerde tutulması ve Li:Co oranının tek faz tabakalı LiCoO2 elde edilmesi için önemli olduğu tespit edilmiştir. Yapısal analiz için XRD, SEM ve SEM-EDX kullanılmıştır. Kimyasal analiz için ICP ve XPS kullanılmıştır. Elektrokimyasal karakterizasyon için şarj-deşarj testleri, CV ve EIS yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, mol yüzdesi olarak %1 W ve %1 Mn içeren numunenin en iyi elektrokimyasal davranış gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu numunenin elektrokimyasal özellikler açısından üstünlüğünün yüzey kimyasının farklı olmasından kaynaklandığı tespit edilmiştir.

An ab initio surface design of FeTi for hydrogen storage applications FeTi bileşiğinde hidrojen depolama uygulamaları için temel prensipler yöntemiyle yüzey çalışması

Bu çalışmada, FeTi bileşiğindeki yüzey kirstalografisinin, hidrojen atom ve molekülünün soğrulmasına olan etkileri incelenmiştir. Ayrıca 3d geçiş metallerinin, FeTi bileşiğindeki düşük indisli yüzeylere yerine-geçen tip soğrulması da çalışılmıştır. Her iki çalışmada da irdelenen yüzeyler (001), (111) ve (110) kristal düzlemlerdir. Temel prensipler psödopotansiyel yöntemi kullanılarak hidrojen ve geçiş elementlerinin soğurma enerjileri hesap edilmiştir. Geçiş elementlerinin yerine-geçen tip soğurma enerjilerine bakıldığında, en düşük soğurma enerjilerinin Fe ile sonlanmış (111) yüzeyinde, daha Ti ile sonlanmış (001) yüzeyinde oluştuğu görülmüştür. Diğer yüzeylerdeki soğurma enerjileri bir birine yakın bir davranış sergilerken, en yüksek değerler Ti ile sonlanmış (111) yüzeyinde görülmüştür. Erken geçiş elementlerinden orta elementlere doğru gittikçe, soğurma enerjilerinde önce bir miktar artış olduğu görülmektedir. Bütün yüzeyler dikkate alındığında, bu artışın en fazla olduğu elementlerin Cr, Mn ve Fe olduğu, sonra Co elementine gelindiğinde soğurma enerjisinin aniden düştüğü belirlenmiştir. Geç geçiş elementlerine doğru soğurma enerjileri tekrar bir artış göstermektedir. Hidrojen atomu ve molekülü soğurma enerjileri, bahsi geçen yüzeylerde yüksek simetriye sahip bir takım özel pozisyonlarda hesap edilmiştir. Buna göre, Fe ve Ti ile sonlanmış (001) ve (111) yüzeylerinde, H2 molekülünün en düşük soğurma enerjisine sahip olduğu pozisyonun, yüzey atomlarının tepe noktası olduğu, H atomunda ise yüzey atomları arası köprü pozisyonu olduğu tespit edilmiştir. (110) yüzeyinde ise, H2 molekülünün iki uzun köprülü Ti ve bir Fe atomunun oluşturduğu üçlünün orta boşluğunu tercih ettiği, H atomunun ise iki kısa köprülü Ti ve bir Fe atomunun oluşturduğu üçlünün orta boşluğuna soğrulduğu görülmüştür. En düşük soğurma enerjilerine sahip olan durumların analizi ile, her bir yüzey için, H2 molekülü için ayrışma mekanizmaları ileri sürülmüştür. Bu mekanizmaları dikkate alınarak, hidrojenin ayrışma reaksiyonunun aktivasyon enerjileri hesap edilmiştir. Buna göre, Fe ile sonlanmış (111) ve (110) yüzeylerinde ayrışmanın aktivasyon içermediği tespit edilmiştir. Ancak her bir H2 molekülünün ayrışması için, Fe ile sonlanmış (001) yüzeyinde 0.178 eV ve Ti ile sonlanmış (001) yüzeyinde 0.190 eV aktivasyon engeli olduğu bulunmuştur.