Lityum piller için garnet benzeri Li7-3x(Ga(1-y)In(y))xLa3Zr(2-z)Ti(z)O12 katı elektrolit yapıların elektrik, elektronik ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi

Katı hal lityum pilleri, güvenlik sorunlarına yol açan yanıcı sıvı elektrolit içeren ticari lityum-iyon pillerine bir çözüm olarak değerlendirilmektedir. Katı elektrolitler yanıcı olma, zehirli gaz üretme veya sızıntı gibi dezavantajlar içermedikleri için bu güvenlik sorunları ile başa çıkabilirler. Ayrıca, katı elektrolitler yüksek çalışma voltajı sağlayarak, pilin yüksek güce ulaşmasına yardımcı olurlar. Bu tez çalışmasında, tüm katı elektrolitler içinde en umut verici olan garnet-benzeri (LLZO) katı elektrolitler çalışılmıştır. Bu çalışma, lityum iyon iletkenliğini artırmak için LLZO kristalindeki iki farklı atom konumu ve sadece lityum konumları için ikili yer değiştirme stratejisi gibi farklı yaklaşımlar sunmaktadır. Sentezlenen garnet-benzeri katı elektrolitlerin kristal, elektronik, morfolojik ve elektriksel özelliklerini karakterize etmek için X-ışını difraksiyonu (XRD), X-ışını ince yapı soğurma spektroskopisi (XAFS), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) kullanılmıştır. Bu tezde çalışılan tüm numuneler arasında en yüksek iyonik iletkenlik değerini (4.39x10-6 S.cm- 1 ) Li6.64Ga0.19In0.01La3Zr2O12 katı elektroliti göstermiştir.

Solid-state lithium batteries are considered to be a solution against safety problems of conventional lithium-ion batteries which include flammable liquid electrolytes leading to safety problems. Since solid electrolytes are not flammable, do not release toxic gases or cannot leak, they can cope with all the safety issues. Beside, solid electrolytes can supply a high operating voltage that generates a high capacity. In this thesis, garnet-type (LLZO) solid electrolytes which are the most promising one among all solid electrolytes have been studied. In order to enhance the lithium ion conductivity dual substitution for two different sites or only for lithium sites in the LLZO crystal have been investigated. Crystal, electronic, morphological and electrical properties of the synthesized garnet-type solid electrolytes have been characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray absorption fine structure (XAFS), scanning electron microscope (SEM), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Studies have demonstrated that Li6.64Ga0.19In0.01La3Zr2O12 solid electrolyte has the highest ionic conductivity (4.39x10-6 S.cm- 1) among the prepared solid electrolytes.