Raman scattering study of Lithium-Oxides and -Ferrites, 
with potential electrochemical applications

Τσομπάνογλου, Ευάγγελος; Tsompanoglou, Efangelos

dc.contributor.author	Τσομπάνογλου, Ευάγγελος	el
dc.contributor.author	Tsompanoglou, Efangelos	en
dc.date.accessioned	2023-01-11T10:55:28Z
dc.date.available	2023-01-11T10:55:28Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56612
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24310
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Raman spectroscopy	en
dc.subject	Φασματοσκοπία Raman	el
dc.subject	Lithium Ferrites	en
dc.subject	Lithium Oxides	en
dc.subject	Electrochemistry	en
dc.subject	Materials Characterization	en
dc.subject	Φερρίτες Λιθίου	el
dc.subject	Οξείδια Λιθίου	el
dc.subject	Ηλεκτροχημεία	el
dc.subject	Χαρακτηρισμός Υλικών	el
dc.title	Raman scattering study of Lithium-Oxides and -Ferrites, with potential electrochemical applications	en
dc.title	Μελέτη με φασματοσκοπία σκέδασης Raman, οξειδίων και φερριτών του Λιθίου, με χρήση σε ηλεκτροχημικές εφαρμογές	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Raman Spectroscopy	en
heal.classification	Φασματοσκοπία Raman	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-07
heal.abstract	Τα οξείδια και οι φερρίτες λιθίου είναι ευρέως γνωστό ότι χρησιμοποιούνται ως ανο- δικά ή καθοδικά υλικά σε ηλεκτροχημικές εφαρμογές όπως επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, ηλεκτροχημικοί αισθητήτες και υπερπυκνωτές. Κάποιες ιδιότητες τους διαφέρουν ανάλογα με το πρόσθετο μέταλλο που χρησιμοποιείται, αλλά το κοινό χαρακτηριστικό όλων αυτών των υλικών είναι οι άριστες ηλεκτρικές ιδιότητες. Σε τέτοιες ομάδες υλικών συναντάμε υψηλούς κύκλους φόρτισης και χαμηλούς κύκλους αποφόρτισης που σημαίνει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και υψηλές τιμές χωρητικότητας που είναι και το κέντρο μελέτης αυτών των υλικών. Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στην ανάπτυξη, αλλά και στο χαρακτηρισμό φερριτών και οξειδίων λιθίου. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν οι φερρίτες LiFe5O8, τα οξείδια LiMO2 (M=Fe, Al) και οξείδια πρόσμειξης LiFe1−xAlxO2. Η σύνθεση των υλικών μπορεί να πραγματοποιηθεί με διάφορες μεθόδους, αλλά στα πλαίσια της εργασίας αυτής επιλέχθηκε η ανάπτυξη των υλικών να γίνει μέσω αντιδράσεων στερεάς κατάστασης. Η μέθοδος σύνθεσης αντιδράσεων στερεάς φάσης, είναι απο τις πιο απλές και διαδεδομένες μεθόδους, καθώς ο αριθμός των παραμέτρων που επηρεάζουν την πραγματοποίηση και την ολοκλήρωση μιας αντίδρασης είναι πολύ μικρός. Πειραματικά, για την ανάπτυξη των υλικών ακολούθησε πρώτα ανάμειξη πρωτογενών υλικών σε ειδικά φτιαγμένο γουδί, ενώ στην συνέχεια η σκόνη που προκύπτει απο την μείξη των υλικών οδηγείται στην πρέσσα για την δημιουργία παστίλιας. Η παστίλια, έπειτα, θερμαίνεται ώστε να προκληθεί η αντίδραση των πρωτογενών υλών και να σχηματιστεί η ζητούμενη φάση. Ο σχηματισμός των φάσεων των υλικών επικυρώνεται απο συμπληρωματικές μετρήσεις σκέδασης ακτίνων-X. Ως επόμενο βήμα ήταν να πραγματοποιηθεί χαρακτηρισμός των οξειδίων και φερ- ριτών λιθίου με φασματοσκοπία Raman. Μέσω αυτής της μεθόδου θέλουμε να δούμε τις δονητικές καταστάσεις των υλικών αυτών. Σχετικά με το πείραμα, χωρίσαμε τα δείγ- ματα σε τέσσερις ομάδες λάβαμε μετρήσεις με χρήση δέσμης ενός laser στα 532 nm, με εύρος εντάσεων 0.4-4mW ενώ οι χρόνοι μετρήσεων ποικίλουν ανάλογα με το δείγμα. Η πρώτη ομάδα υλικών ήταν οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιήθηκαν στην σύνθεση των δειγμάτων. Στην συνέχεια μετρήθηκαν οι φερρίτες λιθίου, ενώ ακολούθησαν τα οξείδια λιθίου και τέλος τα οξείδια πρόσμειξης λιθίου. Οι φασματοσκοπικές μελέτες μας έδειξαν ότι υπάρχει συσχέτιση των αποτελεσμάτων μας με τις αντίστοιχες μετρήσεις των βιβλι- ογραφικών αναφορών. Τα υλικά με το μεγαλύτερο ενδιαφέρον είναι τα οξείδια πρόσμειξης, στα οποία οι μελέτες μας απέδειξαν ότι σχηματίζονται δύο φάσεις στο υλικό, η φάση α- LiFeO2 και η φάση α-LiAlO2 κάτι το οποίο υποδεικνύει ότι δεν σχηματίζεται κάποια νέα φάση σε αυτό το υλικό. Ωστόσο, υπάρχει η δυνατότητα να εκμεταλευτεί κάποιος τις ιδιότητες-χαρακτηριστικά και των δύο υλικών, όπως την θερμική σταθερότητα του LiFeO2 και την υψηλή απόδοση του LiAlO2. Στο τέλος αυτής της διπλωματικής ερ- γασίας, αναλύονται περισσότερο τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που προκύπτουν απο την ολοκληρωμένη μελέτη όλων των υλικών που μελετήθηκαν.	el
heal.abstract	The lithium oxides and ferrites are widely known as preferred anodes or cathodes for elechtrochemical applications, such as rechargeable batteries, electrochemical sensors and supercapacitors. Some of their properties differ based on the additive metal that is used, but the common characteristic of all these materials is the excellent electrical properties. In such groups of materials, it is found that they have high charging cycles and low discharging cycles which means that they have long life cycle, and they also have high capacity. These are considered to be the most interesting part of research on these materials. In this diploma thesis, we focus on synthesizing and characterising lithium ferrites and oxides. More specifically, the materials that are developed in laboratory are lithium ferrites LiFe5O8, lithium oxides LiMO2 (M=Fe, Al) and doped oxides LiFe1−xAlxO2. These materials can be produced by using several methods, such as sol-gel method, hydrothermal method or through solid state reaction, but in this thesis the chosen preparation method of samples is through solid state reactions. This is the easiest and most widely used method because the number of parameters which should be under consideration is very small. Experimentally, to synthesize these meterials the raw materials are firstly mixed in a specially made grinding bowl, and afterwards, the powder produced from the raw materials is pressed untill a pastille is formed. The sample, in the form of pastille, is heated in order to start the reaction between the raw materials and finally produce the new material phase. The formation of material phases is confirmed by additional XRD measurements. In the following step, characterization of lithium oxides and ferrites was made by using Raman spectroscopy, in order to detect vibrational modes of these materials. In the experimental setup, the samples are separated into four groups and are mea- sured using a laser 532 nm, with intensities in the range 0.4-4mW. The duration of measurements was different for every sample. The first group was the precursors, or raw materials, which was used for the synthesis of samples. The second group consisted of lithium ferrites followed by the third group of lithium oxides and lastly the doped oxides. The spectroscopic studies showed that there is a correlation between the exper- imental results of this thesis and those of the references. The most interesting materials were the doped oxides, in which our studies have shown that there are two phases in the same material, the phase α-LiFeO2 and the phase α-LiAlO2 and this indicates that there is no forming of a new phase in this material. However, it is possible to take advantage of both phase materials, due to their different properties, such as the thermal stability of LiFeO2 and the high performance of LiAlO2. In the last chapter of this work, we analyze the results and we make a discussion on the complete study of these materials.	en
heal.advisorName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.advisorName	Κόντος, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κόντος, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	101 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false