Exploring composite metal oxide/carbon materials: growth mechanism and electrochemical performance for energy storage

Απλή σελίδα τεκμηρίου
dc.contributor.advisorVernardou, Dimitraen
dc.contributor.advisorΒερνάρδου, Δήμητραel
dc.contributor.authorNikolidakis-Owens, Daviden
dc.contributor.authorΝικολιδάκης-΄Οουενς, Δαυίδel
dc.date.accessioned2025-07-15T09:36:51Z
dc.date.available2025-07-15T09:36:51Z
dc.date.issued2025-07-15
dc.description.abstractIn recent years, the growing global interest in environmental protection and climate change has increased the demand for efficient storage energy. Lithium-ion batteries, due to their high energy density, excellent cycle performance, small size and long lifetime performance, have gained a prominent position in everyday life, finding applications in portable devices (laptops, smart phones). However, to address safety concerns associated with the flammable organic solvents in conventional lithium-ion batteries, aqueous lithium-ion batteries have been developed. These water based systems offer enhanced safety and lower production costs, making them a promising alternative. Transition Metal Oxides, like nickel oxide (NiO), have emerged as promising anode materials for aqueous lithium-ion batteries due to their ability to reach high capacity values (700-1200 mAh/g), surpassing those of commercial graphite anode. However, their low electronic conductivity limits the rate performance. To overcome this limitation, the incorporation of conductive materials such as graphene and graphene oxide (GO) has been explored. These carbon-based materials improve the structural stability of the electrode and enhance reaction kinetics. Graphene oxide, in particular, has attracted growing interest due to its solubility in various solvents, dielectric properties and tunable electrical characteristics. By integrating GO, the resulting NiO/GO anode material can facilitate rapid electron transfer in aqueous lithium-ion batteries. In this study, GO was synthesized using a modified Hummers method, while NiO suspension and NiO/GO composite solution were both used as electrolytes in the electrodeposition process. The processing parameters like electrodeposition time, Li2SO4 electrolyte concentration, NiO concentration, PVP K12 and GO addition on the NiO suspension were systematically investigated. All samples were characterized through morphological, structural and electrochemical measurements by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction spectroscopy (XRD) and cyclic voltammetry (CV). In conclusion, this dissertation highlights the potential of NiO and NiO/GO anode electrodes synthesized via the electrodeposition technique as cost-effective and promising films for anode materials in energy devices.en
dc.description.abstractΤα τελευταία χρόνια, το αυξανόμενο παγκόσμιο ενδιαφέρον για την προστασία του περιβάλλοντος και την κλιματική αλλαγή έχει αυξήσει τη ζήτηση για αποδοτική αποθήκευση ενέργειας. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, της εξαιρετικής κυκλικής απόδοσης, του μικρού μεγέθους και της μεγάλης διάρκειας ζωής τους, έχουν κερδίσει εξέχουσα θέση στην καθημερινή ζωή, βρίσκοντας εφαρμογές σε φορητές συσκευές (φορητούς υπολογιστές, έξυπνα τηλέφωνα). Ωστόσο, για την αντιμετώπιση των ανησυχιών για την ασφάλεια που σχετίζονται με τους εύφλεκτους οργανικούς διαλύτες στις συμβατικές μπαταρίες Ιόντων Λιθίου, υδατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν αναπτυχθεί. Αυτά τα συστήματα με βάση το νερό προσφέρουν αυξημένη ασφάλεια και χαμηλότερο κόστος παραγωγής, καθιστώντας τα μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση. Τα Οξείδια Μετάλλων Μετάβασης, όπως το οξείδιο του νικελίου (NiO), έχουν αναδειχθεί ως πολλά υποσχόμενα υλικά ανόδου για υδατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου λόγω της ικανότητάς τους να φτάνουν σε υψηλές τιμές χωρητικότητας (700-1200 mAh/g), ξεπερνώντας ηλεκτρόδια ανόδου του εμπορίου όπως ο γραφίτης. Ωστόσο, η χαμηλή ηλεκτρονική αγωγιμότητά τους περιορίζει τον ρυθμό απόδοσης τους. Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, έχει διερευνηθεί η ενσωμάτωση αγώγιμων υλικών όπως το γραφένιο και το οξείδιο του γραφενίου (GO). Αυτά τα υλικά με βάση τον άνθρακα βελτιώνουν τη δομική σταθερότητα του ηλεκτροδίου και ενισχύουν την κινητική της αντίδρασης. Το οξείδιο του γραφενίου, ειδικότερα, έχει προσελκύσει αυξανόμενο ενδιαφέρον λόγω της διαλυτότητάς του σε διάφορους διαλύτες, διηλεκτρικές ιδιότητες και ρυθμιζόμενα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Με την ενσωμάτωση του GO, το προκύπτον υλικό ανόδου NiO/GO μπορεί να διευκολύνει την ταχεία μεταφορά ηλεκτρονίων σε υδατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου. Σε αυτή τη μελέτη, το GO συντέθηκε χρησιμοποιώντας την τροποποιημένη μέθοδο Hummers, ενώ το εναιώρημα NiO και το σύνθετο διάλυμα NiO/GO χρησιμοποιήθηκαν και τα δύο ως ηλεκτρολύτες στη διαδικασία ηλεκτροεναπόθεσης. Οι παράμετροι επεξεργασίας όπως ο χρόνος ηλεκτροεναπόθεσης, η συγκέντρωση ηλεκτρολυτών Li2SO4, η συγκέντρωση NiO, η προσθήκη PVP K12 και GO στο εναιώρημα NiO διερευνήθηκαν συστηματικά. Όλα τα δείγματα χαρακτηρίστηκαν μέσω μορφολογικών, δομικών και ηλεκτροχημικών μετρήσεων με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), φασματοσκοπία ακτίνων Χ διασποράς ενέργειας (EDS), φασματοσκοπία περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) και κυκλική βολταμετρία (CV). Συμπερασματικά, η παρούσα διατριβή αναδεικνύει τις δυνατότητες των ηλεκτροδίων ανόδου NiO και NiO/GO που συντίθενται μέσω της τεχνικής της ηλεκτροεναπόθεσης ως οικονομικά αποδοτικές και πολλά υποσχόμενες μεμβράνες για υλικά ανόδου σε ενεργειακές συσκευές.el
dc.identifier.urihttps://apothesis.hmu.gr/handle/123456789/11351
dc.language.isoen
dc.publisherΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), ΔΠΜΣ Νανοτεχνολογία για Ενεργειακές Εφαρμογές
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United Statesen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
dc.subjectLithium ion battery
dc.subjectNickel oxide
dc.subjectGraphene oxide
dc.subjectTransition metal oxide
dc.subjectEnergy storage
dc.subjectΜπαταρία ιόντων-λιθίου
dc.subjectΟξείδιο του νικελίου
dc.subjectΟξείδιο του γραφενίου
dc.subjectΟξείδια μετάλλων μετάβασης
dc.subjectΑποθήκευση ενέργειας
dc.titleExploring composite metal oxide/carbon materials: growth mechanism and electrochemical performance for energy storageen
dc.titleΕξερευνώντας σύνθετα οξείδια μετάλλου/υλικά άνθρακα: μηχανισμός ανάπτυξης και ηλεκτροχημική απόδοση για αποθήκευση ενέργειαςel
dc.typeΜεταπτυχιακή Διατριβή
heal.academicPublisherIDΕΛΜΕΠΑ Ελληνικό Μεσογειακό Πανεπιστήμιο
heal.academicPublisherIDΠανεπιστήμιο Κρήτης
Αρχεία
Πρωτότυπος φάκελος/πακέτο
Τώρα δείχνει 1 - 1 of 1
Μικρογραφία εικόνας
Ονομα:
ΝikolidakisOwensDavid2025.pdf
Μέγεθος:
3.89 MB
Μορφότυπο:
Adobe Portable Document Format
Λήψη
Φάκελος/Πακέτο αδειών
Τώρα δείχνει 1 - 1 of 1
Δεν υπάρχει διαθέσιμη μικρογραφία
Ονομα:
license.txt
Μέγεθος:
2.17 KB
Μορφότυπο:
Item-specific license agreed upon to submission
Περιγραφή:
Λήψη
Συλλογές
Μεταπτυχιακές εργασίες / Master Theses