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