THE USE OF PIEZOELECTRIC MATERIALS AS ADDITIVES INLITHIUM ION BATTERY ANODES

PİEZOELEKTRİK MALZEMELERİN LİTYUM İYON BATARYA ANOTLARINDAKATKI OLARAK KULLANILMASI

Abstract

Significant problems with silicon (Si) containing materials, which have been popular in lithium ion batteries inrecent days, prevent commercialization. The high volume change and mechanical instability of Si anode materialsduring charging/discharging is one of the problems. In this study, the contribution of PZT based piezoelectricmaterials to the solution of these problems is studied. When PZT particles are used as an additive in Si and carbon (C) mixture anode materials, it is seen that the capacity performance of these materials fairly increases. The reasonsfor this increase are discussed, and different types of PZT materials and different ratios of Si-C mixtures areexamined. It is observed that the anode material with no additives has given specific capacity values of less than 50mAh/g in the first 50 cycles which is decreased rapidly, while much improved performance is observed when PZTadditive was used i.e., above 400 mAh/g in the 100th cycles.

Özet

Lityum iyon bataryalarda, en popüler malzemelerden biri olarak gösterilen silisyum (Si) içerikli malzemelerle ilgiliönemli sorunlar, bu pillerin ticari olarak yaygınlaşmasını engellemektedir. Si anot malzemelerinin şarj/deşarjesnasında yüksek hacim değişikliğine uğraması ve bu nedenle ortaya çıkan mekanik dayanıksızlığı bu sorunlarınbaşında gelmektedir. Bu çalışmada PZT tabanlı piezoelektrik malzemelerin, mevcut sorunların giderilmesikonusundaki katkısı incelenmiştir. Si ve karbon ( C ) karışımı anot malzemelerde, katkı olarak PZT parçacıklarıkullanılarak elde edilen kompozit ile kapasite performansında artış olduğu görülmüştür. Bu artışın nedenleritartışılmakla birlikte farklı türlerde PZT malzemeleri ile farklı oranlarda Si-C karışımları test edilmiş vearalarındaki performans farkları araştırılmıştır. PZT kullanılmadığında, ilk 50 çevrimde 50 mAh/g’ın altındaspesifik kapasite değerini vererek bozulmaya uğrayan anot malzemelerinin, PZT katkısı kullanılmasıyla 100.Çevrimde dahi 400 mAh/g üzerinde kapasite değerlerine ulaştığı gözlemlenmiştir.