Master Degree / Yüksek Lisans Tezleri
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/3008
Browse
Search Results
Master Thesis Modelling and Simulation of Zinc-Air Batteries(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Ebil, Özgenç; Ebil, Özgenç; 03.02. Department of Chemical Engineering; 03. Faculty of Engineering; 01. Izmir Institute of TechnologyRenewable energy sources are key components of a sustainable future. However, most of the renewable energy sources have intermittent natures, that can significantly affect the stability of grids. Thus, Energy Storage Systems (ESS) are introduced to store the energy produced for later use. Even though there are various ESS candidates, batteries are superior candidates due to technological readiness. Batteries still suffer from disadvantages that prevent their mass adoption as ESS for grid-scale applications. As an ESS, a battery that can last long cycles, have high power densities, and material availability should be designed and commercialized. Commercial batteries such as lead-acid and Li-ion batteries still suffer from material availability, environmental friendliness, or feasibility. Therefore metal-air batteries, especially zinc-air batteries (ZAB), have significant potential due to their high-power densities, material abundance, and technological readiness. However, ZABs are not ready enough to be commercialized as grid-scale ESS due to their low cycle lives due to aging mechanisms. Therefore, more research should be conducted to improve the rechargeability of a ZAB. However, experimental procedures are time and resource-consuming. To tackle this, accurate mathematical models and simulations should be implemented. In this study, the electrochemical behavior of zinc-air batteries was simulated with Finite Element Analysis (FEM) method. The motivation of the work was to demonstrate the feasibility of a simple 1-D zinc-air battery model to investigate the effect of various phenomena on the battery capacity and charge-discharge cycles. The results were compared to literature and experimental values to evaluate the model's accuracy.Master Thesis Development of Carbon-Free Zinc-Air Batteries(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Ebil, Özgenç; Ebil, Özgenç; 03.02. Department of Chemical Engineering; 03. Faculty of Engineering; 01. Izmir Institute of TechnologyZinc-air batteries are thought to be among the greatest substitutes for present energy storage systems because of their high energy densities (~1000 Wh/kg), affordability, and safety. However, zinc-air batteries face several problems, such as carbon corrosion, pore-clogging, and electrode passivation. The main cause of these problems is carbon in the air electrode. Therefore, carbon should be eliminated from the air electrode to enhance its performance. This thesis aims to synthesize an electrocatalyst for air electrodes for secondary carbon-free zinc-air batteries within the scope of the M-Era.NET 'AMAZE' project. Initially, manganese oxide was selected as an electrocatalyst and synthesized using a co-precipitation method with different parameters such as concentration, pH, temperature, and precursor materials. The best MnxOy was obtained with a solution pH and temperature of 9.5 and 60°C, respectively. The main precursor for the catalyst was KMnO4, with a ratio of KMnO4:HCl as 20:4 by volume. α-MnO2 with a surface area of 85.68 m2g-1 was obtained. In addition, onset overpotentials for oxygen reduction and oxygen evolution reactions with 650mV and 271mV, respectively, and a maximum current density of 10.5 mA.cm-2 were obtained. Nickel and cobalt additions were evaluated to improve ORR and OER activity. Catalyst with MnxNiyCozOt(1:0.5:0.5) composition performed better than other samples and had the highest surface area (172.06 m2g-1), ORR and OER potentials of 463mV and 700mV, respectively, and current density of 96 mA.cm-2.Master Thesis Synthesis of Quinone-Based Porous Organic Polymers and Their Usage in Aqueous Zinc-Ion Batteries(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Erözen, Yaren Naz; Büyükçakır, Onur; Büyükçakır, Onur; 04.01. Department of Chemistry; 04. Faculty of Science; 01. Izmir Institute of TechnologySulu çinko iyon piller (SÇİP'ler) güncel olarak enerji depolama alanında potansiyeli yüksek ve gelişime açık piller arasında yer almaktadır. Özellikle şebeke ölçekli uygulamalar için, diğer metal-iyon bataryalara göre SÇİP'lerin potansiyeli yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmaları, doğadaki çinko metalinin bolluğu, güvenlikli yapıları ve uygun fiyatlı olmaları gibi birçok parametreye bağlıdır. Sulu çinko-iyon pillerin yüksek ölçekli uygulamalarda kullanılamamalarının en önemli sebebi yüksek performans gösteren katot malzemelerinin tasarımının kısıtlı olmasıdır. Gözenekli organik polimerler (GOP'lar), ayarlanabilir gözenek yapıları, yüksek yüzey alanlarına sahip olmaları ve işlevselleştirilebilir olmalarıyla, son yıllarda SÇİP'ler için katot malzemesi olarak geliştirilen bir polimer sınıfıdır. Bu çalışmada sulu çinko iyon pillerde katot malzemesi olarak elektrokimyasal performansı incelenmek için redoks aktif özellik gösteren kinon bazlı iki farklı polimer tasarlanmış ve sentezlenmiştir. Bu çalışmanın amacı, polimerlere redoks aktif özellik katan kinon gruplarının polimer üzerinde konumlanma pozisyonlarının elektrokimyasal performanslarına nasıl etki ettiğinin incelenmesidir. Bu bağlamda redoks-aktif kinon gruplarının para ve orto pozisyonlarında bağlandığı iki farklı polimer tasarlanıp sentezlenmiştir. Bu polimerlerin karakterizasyonları gerçekleştirilmiş ve temel elektrokimyasal testleri yapılmıştır. Her iki polimerin de geri dönüşümlü Zn2+ difüzyon mekanizmasını incelemek için farklı tarama hızlarında döngüsel voltametre (CV) analizi gerçekleştirilmiştir. Polimerlerin yük depolama kapasitelerini ölçmek için farklı akım yoğunluklarında Galvanostatik şarj/deşarj döngüleri incelendi. p-rGOP 0.1 A g-1 da 1.7 mAh g-1 deşarj kapasitesi göstermiş olup, o-rGOP ise aynı akım yoğunluğunda 1.2 mAh g-1 deşarj kapasitesi göstermiştir. Bu sonuçlar her iki polimerin de SÇİP'lerde kullanılmak için uygun katot malzemeleri olmadığı göstermektedir. Bu nedenle sentezlenen polimerlerin ileriki çalışmalarda diğer metal-iyon pillerde katot malzemesi olarak test edilmesi planlanmaktadır.Master Thesis Synthesis and Investigation of Quinone-Pyrrole Polymeric Materials for Zinc-Ion Batteries(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Büyükçakır, Onur; Büyükçakır, Onur; 04.01. Department of Chemistry; 04. Faculty of Science; 01. Izmir Institute of TechnologyFosil yakıtların günümüzde yaygın kullanımı çevre üzerinde yıkıcı bir etkiye sahiptir. Bu durum, çevre dostu alternatif enerji kaynaklarının benimsenmesini zorunlu kılmıştır. Çinko-iyon piller, bu bağlamda önemli potansiyele sahip, gelişmekte olan yeni bir enerji depolama sistemi sınıfını temsil etmektedir. Bununla birlikte, bu teknolojiyi ilerletmekteki büyük zorluk, Zn2+ iyonlarını verimli ve geri dönüşümlü olarak barındırabilen katot malzemeleri geliştirmektir. Kinon bazlı konjuge polimerik malzemeler, redoks aktif yapıları, kolayca değiştirilebilen yapıları ve güçlü kimyasal ve termal kararlılıkları nedeniyle çinko-iyon pilleri için mükemmel katot seçenekleridir. Bu çalışmada, çinko-iyon pilleri (ÇİP'ler) için katot malzemeleri olarak kinon-pirol konjuge polimerik malzemeler (QRP'ler) sentezlendi. QRP'lerin içsel özellikleri, redoks merkezlerine etkili Zn2+ difüzyonunu kolaylaştırarak uzun vadeli döngü kararlılığını sağlar. QRP-1 ve QRP-2 sırasıyla 0.1 mA g-1 akım yoğunluğunda 180 mA h g-1 ve 134 mA h g-1 deşarj kapasitesi gösterdi. QRP'ler, 2.0 A g-1 akım yoğunluğunda 10000 döngü boyunca olağanüstü döngü kararlılığı göstererek, QRP-1 ve QRP-2 için sırasıyla 42 mA h g-1 ve 104 mA h g-1 olmak üzere oldukça yüksek final kapasiteleri elde edildi. Bu çalışmanın, kinon bazlı konjuge polimerik malzemelerin çinko-iyon piller için etkili katot malzemeleri olarak potansiyelini gösterdiğine ve enerji depolama alanında çalışan araştırmacılarının dikkatini çekeceğine inanıyoruz.