Akademik Veri Yönetim Sistemi
TÜBİTAK Projesi, 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı, 2024 - 2027
Günümüzde artan enerji
ihtiyaçlarına karşı sürdürülebilir ve yüksek performanslı çözümler arayışı, pil
teknolojilerindeki araştırmaları önemli ölçüde yönlendirmektedir. Bu
doğrultuda, sunulan proje, hidrotropik ajanlar yardımı ile yüksek
voltajlarda çalışabilen yeni nesil sulu amonyum iyon pillerinin
geliştirilmesi ve WO3//Mo3VOx kombinasyonunun
ilk defa enerji depolama ve dönüşümü sistemlerinde bir araya getirildiği
özgün bir projedir.
Bu projenin ana hedefi,
metal karakterli sulu pillerde karşılaşılan korozyon, pasivasyon ve dendrit
oluşumu gibi sürekli karşılaşılan sorunları tamamen ortadan kaldırabilen,
ametal karakterli sulu piller geliştirmektir. Bu doğrultuda, amonyum iyonlarına
özgü kimyasal özelliklerden faydalanılarak, metal karakterli pillerdeki
sorunlara çözüm sunacak yeni bir yaklaşımın benimsenmesi hedeflenmektedir. Tam bu sorunlara çözüm getirmek amacıyla, bu proje, geleneksel metal taşıyıcı
pillerden radikal bir biçimde ayrılarak ametal karakterli yeni nesil amonyum (NH4+) iyon
tam hücre geliştirmeyi hedef almaktadır.
Katot
malzemesi olarak amonyum iyon pillerde bir ilk olacak şekilde, açık kafes yapılı Mo3VOx malzemesinin
geliştirilmesi amaçlamaktadır. Mo3VOx'un teorik
kapasitesi 171 mAh/g olup, bu en popüler ticari katotlara (örn. LiFePO4,
LiCoO2) eşdeğerdir. Projede, 2 farklı kristal yapılı (Orto- ve tri-Mo3VOx) katot
malzemesi farklı amonyum içerikli sulu elektrolitler içerisinde elektrokimyasal
testler ile incelenecektir. Böylelikle katot malzemesinin en iyi performans
sergilediği uygun kristal faz ve elektrokimyasal koşullar belirlenecektir.
Diğer taraftan tam hücrede anot görevi yapacak farkli kristal yapilarda WO3
elektrot malzemesi geliştirilecektir. Elektriksel iletkenlik ve difüzyon
kanallarının kristal yapı ile doğrudan ilişkili olarak değişkenlik göstermesi
sebebiyle önerilen proje kapsamında 4 farklı kristal yapılı WO3
malzemesi karbon kumaş üzerinde büyütülecek ve her bir kristal yapılı WO3
elektrot malzemesinin farklı sulu amonyum elektrolitlerdeki elektrokimyasal
işlevsellikleri detaylı bir şekilde ele alınacaktır.
Sulu pillerin en önemli problemi olan düşük çalışma
voltajını gidermek amacıyla, bu proje kapsamında hidrotropik ajanlar ile
amonyum temelli tuzların sulu fazda çözünürlüğünün artırılması üzerine
çalışmalar yürütülecektir. Bu sayede, Suyun elektrolit ortamındaki etkinliği
azaltılarak sulu pil hücresinin çalışma voltajının artırılması
hedeflenmektedir. Bu amaç için kg fiyatı, iyonik sıvılara (water-in-salt
hazırlamak için kullanılmakta) kıyasla çok daha ucuz üre, gliserol ve polietilen
glikol, hidrotropik ajan olarak kullanılacaktır. Hidrotropik ajanlar ile proje
kapsamında önerilen anot ve katot malzemelerinin çalışma voltajı aralıklarını
ayrı ayrı genişletmek üzere optimizasyon çalışmaları yürütülecektir.
Proje kapsamında, farklı kristal yapılı anot ve katot
malzemeleri, XRD, SEM, TEM, FTIR, TG/DTA/DSC, XPS teknikleri ile ayrı
ayrı yapısal olarak karakterize edildikten sonra CV, EIS, sabit akım
şarj/deşarj, GITT testleri elektrokimyasal olarak karakterize edilecektir.
Yarım hücre testleri sonucunda karar verilecek uygun
anot ve katot kristalleri kullanılarak WO3 ve Mo3VOx
den oluşan ucuz ve sürdürülebilir olan yeni nesil amonyum iyon tam pil geliştirilecektir.
Üretilecek tam hücreden 150 mAh/g spesifik kapasite ve bu kapasite
değerini en az 250 çevrim koruyabilecek bir performans sergilemesi hedeflenmektedir.
Nihai amaç, metal karakterli pillerin doğası gereği oluşan korozyon, pasivasyon, dentrit oluşumu gibi problemlerin olmadığı, evrende en fazla bulunan H ve atmosferde en çok bulunan N elementlerinden oluşan, daha ucuz ve sürdürülebilir, ametal karakterli yeni nesil Amonyum iyon pil elde etmektir. Ticari uygulama olarak, bu proje geniş ölçekli taşınmaz güneş ve rüzgar enerjilerinden elde edilecek enerjinin depolandığı veya güneş enerjili araç şarj istasyonlarında kullanmak üzere en az 2,5V da çalışan ve en az 100 Wh/kg enerji yoğunluğuna sahip yerli ve milli bir ürünü ülkemize kazandırılacağı özgün bir proje olacaktır.