Bor Katkılı Grafen Kullanılarak Yüksek Kapasiteli Li-İyon Pil/Batarya Geliştirilmesi (Graborpil)
Demir E., Ala N., Arık M., Kızıltaş R., Saraç S. G., Özgenç G., et al.
BOREN, Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü Projesi, 2020 - 2021
- Proje Türü: BOREN, Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü Projesi
- Başlama Tarihi: Mayıs 2020
- Bitiş Tarihi: Aralık 2021
Proje Özeti
Yüksek
enerji depolayabilmesi, kullanım açısından güvenli oluşu, uzun ömürlü olması,
hızlı ve tekrar tekrar sorunsuz şarj edilebilmesi ve çevreye zarar vermemesi
gibi üstün özellikleri nedeniyle geleceğin teknolojileri arasında yer alan
lityum-iyon (Li-iyon) bataryaların kullanımı yeni teknolojik gelişmelerle
birlikte gün geçtikçe artmaktadır.
Li-iyon bataryalar sağlıktan savunmaya,
ulaşımdan iletişime hemen hemen her alanda kullanılmakta ve bu bataryalara olan
talep her geçen gün büyümektedir. 2004 yılında keşfedilen ve kâşiflerine Nobel
ödülü kazandıran bir nano malzeme olan “grafen” malzemesi enerji depolama
kapasitesinin çok yüksek olmasından dolayı son yıllarda Li-iyon bataryalarda
kullanılmaya başlanmıştır. Grafenin sağladığı depolama ve ömür kabiliyetlerini kısıtlayan
(lityum iyonu ile etkileşiminin güçlü olmaması vb.) etmenlerden dolayı dünyada
bu alandaki teknik üstünlüğü ele geçiren firma sayısı azdır.
Bor elementi grafenle tasarlanan Li-iyon
bataryalarda yaşanan depolama kapasitesindeki kısıtları ortadan kaldıran bir
yapıdadır. Bu nedenle mevcut projede, ülkemizin rezervlerinin %73’üne sahip
olduğu bor ve grafen malzemesi çeşitli mekanik ve kimyasal prosesler
uygulanarak birleştirilmiş ve yüksek kapasiteli bor katkılı grafen malzemesinin
Li-iyon düğme tipi batarya prototipleri elde edilmiştir. Proje kapsamında,
Nanografi Nanoteknoloji A.Ş. tarafından tamamen yerli olarak üretilen grafen ve
ülkemizin %73 rezervine sahip olduğu bor madeni birleştirilerek “Bor Katkılı
Grafen” malzemelerinin sentezi gerçekleştirilmiştir. Grafen türevleri (Grafen
500 m2/g, Grafen Oksit, İndirgenmiş Grafen Oksit) ve bor bileşikleri
(borik asit, bor nitrür, elementel bor, sodyum borhidrür vb.) kullanılmıştır. Katı hal sentezi (bilyalı değirmende mekanik
karıştırma) ve piroliz (inert ortamda yüksek sıcaklığa maruz bırakma)
işlemleri uygulanarak %5-%10 arasında bor (B) içeren bor katkılı grafen
bileşikleri elde edilmiştir. Sentezlenen malzemelerin morfolojik ve yapısakarakterizasyonlarının tamamlanmasının ardından Li-iyon bataryaların
anot tarafında aktif malzeme olarak kullanılarak batarya testleri
gerçekleştirilmiştir. Projenin 1. ve 2. döneminde yürütülen deneysel çalışmalar
ve analiz sonuçları ayrıntılı olarak incelenip tartışılmıştır