Günümüzde fosil yakıtların kullanımına alternatif olabilecek yenilenebilir enerji
kaynakları kullanımının yaygınlaşması için yoğun bir çaba sarf edilmektedir. Şüphesiz ki
yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı ile ilgili en önemli mesele enerjinin etkin
depolanabilmesidir. Li-hava pillerinin sahip oldukları yüksek özgül enerji yoğunluğu (teorik
olarak 11430 W sa. kg-1
) değerleri, günümüzde yaygın olarak kullanılan fosil yakıtların
özgül enerji yoğunluğu değerleri ile neredeyse kıyaslanabilir durumdadır. Li-hava pillerini
sahip oldukları bu potansiyel özgül enerji yoğunluğu değerleri gelecekte elektrikli arabalarda
kullanılması muhtemel en önemli enerji kaynağı haline getirmektedir.
Bu çalışmadaki amaç, Li-hava pili uygulamaları için nanokarbon esaslı katot
malzemeleri ve Li metaline alternatif olabilecek alaşım esaslı anot malzemelerinin
sentezlenmesi ve elektrokimyasal performanslarının belirlenmesidir. Bu kapsamda çeşitli
gözenek boyutlarına sahip beş farklı gözenekli grafen ile anot olarak kullanılması öngörülen
dört farklı Li22Si5, Li13Si4, Li7Si3 ve Li12Si7 alaşımı sentezlenmiştir. Ayrıca yine katot olarak
kullanılması öngörülen karbon nanotüpler ergimiş tuz metodu ile sentezlenmiştir.
Farklı gözenekli grafenlerin katot olarak kullanıldığı Li-hava pilinde, en yüksek kapasite
değeri rGO-30 numunesinde 8240 mA sa. g-1
olarak elde edilmiştir. Sentezlenen tüm
gözenekli grafen esaslı elektrotların kapasite değerleri gözeneksiz rGO numunesinden
yüksektir. Elde edilen deneysel veriler sonunda katotların yüzey alanının tek başına pil
kapasitesini etkileyen parametre olmadığı, özellikle gözenek hacmi ve dağılımının pilin
deşarj kapasitesinde daha etkin rol oynadığı belirlenmiştir. Mekanik alaşımlandırma
yöntemiyle sentezlenen alaşım anotların performansları karbon nanotüplerin katot olarak
kullanıldığı Li-hava pilinde gerçekleştirilmiştir. Alaşımlar içerisinde en yüksek kapasite
değerleri 648 mA sa. g-1 ve 544 mA sa. g-1
olmak üzere sırasıyla Li22Si5 ve Li13Si4
alaşımlarından elde edilmiştir. Elde edilen bu kapasite değerleri 10 çevrim sonundaki
değerler olup hava pil hücresinin kapasite koruma oranı %80 civarındadır
There are extensive efforts to spread the usage of renewable energy sources
alternative to fossil fuels. Undoubtedly, the most important issue related to the use of
renewable energy sources is effective energy storage. Lithium-air batteries have received
significant attention in the past several years due to their theoretical energy density (11430
Wh kg-1) which is comparable to that of fossil fuels. Hence, the lithium-air batteries are one
of the most promising energy storage systems for electric vehicles (EVs) in the near future
because of their extremely high theoretical energy density.
The aim of this study is to synthesize and determine the electrochemcal performances
of nanocarbon-based cathode materials and alloy-based anode materials that can be an
alternative to Li metal for Li-air battery applications. In this scope, five different porous
graphene with various pore sizes and four different Li22Si5, Li13Si4, Li7Si3 and Li12Si7 alloys
that are intended to be used as anodes are synthesized. In addition, carbon nanotubes, which
are also intended to be used as cathodes, were synthesized by the molten salt method.
In Li-air battery where different porous graphene is used as cathode, the highest
capacity value is obtained in rGO-30 sample as 8240 mA h g-1
. Capacity values of all
synthesized porous graphene based electrodes are higher than non-porous rGO sample. As a
result of obtained experimental data, the surface area of the cathodes is not the mere
parameter for discharge capacity of battery, particularly pore volume and distribution have
a more efficient role on discharge capacity of cathode. The performances of alloy anodes
synthesized by mechanical alloying method were performed on Li-air cell, with carbon
nanotubes used as cathodes. The highest capacity values among the alloys are 648 mA h g-1
and 544 mA h g
-1
from alloys Li22Si5 and Li13Si4, respectively, These obtained capacity
values are gathered after 10 cycles and the capacity retention rate of the air battery cell is
around %80
