Effect of electrolyte/sulfur ratio in the cathode on the electrochemical performance of Li-S batteries
Katotta elektrolite sülfür oranının lityum-sülfür bataryalarının elektrokimyasal performansına etkisi
- Tez No: 539411
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖRKEM KÜLAH, YRD. DOÇ. DR. DAMLA EROĞLU PALA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Bu çalışmada, Li-S bataryalarında önemli bir hücre tasarım parametresi olan katotta elektrolite sülfür (E/S) oranının elektrokimyasal ve hücre- ve sistem-düzeyi performansa etkisi modellenmiştir. Öncelikle Li-S hücresinin izotermal ve sabit-akım deşarjı için tek-boyutlu bir elektrokimyasal model geliştirilerek hücrenin %60 deşarj derinliğindeki voltajı öngörülmüştür. Katottaki tek kinetik parametre olan katot değişim akım yoğunluğu modelde elektrolit miktarının lineer bir fonksiyonu olarak tanımlanmıştır. Model artan E/S oranının hücrenin elektrokimyasal performansını akım yoğunluğundan bağımsız olarak geliştirdiğini öngörmektedir. Önerilen bu elektrokimyasal model kullanılarak hücre- ve sistem-düzeyi performans modelleri de geliştirilmiştir. Bu modellerde katottaki spesifik kapasite, ya E/S oranının lineer bir fonksiyonu olarak belirlenmiş ya da 1200 mAh gs-1 olarak sabit tutulmuştur. Katottaki spesifik kapasitenin elektrolit miktarına bağlı olarak tanımlandığı model, artan E/S oranının hücrenin ve bataryanın spesifik enerji ve enerji yoğunluğunu 10 mL gs-1 oranına kadar arttırdığını öngörmektedir. Modelde spesifik kapasitenin sabit tutulduğu durumda ise hücre- ve sistem-düzeyi spesifik enerji ve enerji yoğunluğunun artan E/S oranıyla düştüğü görülmüştür. Hücre- ve sistem-düzeyi performans analizlerinde, katot kalınlığı, katotta karbona sülfür oranı, S yükleme oranı ve anotta fazla Li miktarı gibi diğer önemli hücre parametrelerinin etkisi de göz önünde bulundurulmuştur. Sonuç olarak, yüksek hücre- ve sistem-düzeyi performansa sahip Li-S bataryaların optimum E/S oranı ve belirlenen diğer hücre parametreleri ile elde edilebileceği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, the effect of electrolyte to sulfur (E/S) ratio in the cathode, which is an important cell design parameter, on the electrochemical and cell- and system-level performance of a Lithium-Sulfur (Li-S) battery is investigated through modeling efforts. First, a 1-D electrochemical model is developed for an isothermal, constant-current discharge of a Li-S cell to predict the voltage at 60% discharge depth. In the model, cathode exchange current density is defined as a linear function of the electrolyte amount. Increasing the E/S ratio improves the electrochemical performance at different current densities. Next, cell- and system-level performance models based on the developed electrochemical model are proposed. In these models, the cathode specific capacity is either defined as a linear function of the E/S ratio or taken constant. The model, in which the cathode specific capacity depends on the E/S ratio, predicts that increasing E/S ratio increases the cell- and system-level specific energy and energy density until 10 mL gsulfur-1. However, when the cathode specific capacity is kept constant at 1200 mAh gs-1 in the model, the specific energy and energy density at the cell and system level decrease significantly with increasing electrolyte amount. In the cell- and system-level performance analysis, the effect of other critical cell parameters such as the cathode thickness, carbon to sulfur ratio, S loading and excess Li amount are also considered. As a result, Li-S batteries with high cell- and system-level performance can be designed with the optimum E/S ratio and specified cell design parameters.
Benzer Tezler
- Characterization of the effect of critical cathode design parameters on the lithium sulfur cell resistance using electrochemical impedance spectroscopy
Li-S bataryalarında kritik katot tasarım parametrelerinin hücre resistansına etkisinin elektrokimsayal empedans spektroskopisi kullanarak karakterizasyonu
AYŞEGÜL KARAKUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DAMLA EROĞLU PALA
- Modeling of reaction and degradation mechanisms in lithium-sulfur batteries
Lityum-sülfür pillerindeki reaksiyon ve bozunma mekanizmalarının modellenmesi
NİSA ERİŞEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖRKEM KÜLAH
DR. ÖĞR. ÜYESİ DAMLA EROĞLU PALA
- Development of quaternary nickel rich cobalt free cathode materials
Nikelce zengin dörtlü kobalt içermeyen katot malzeme geliştirilmesi
KAMER ERDOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN KIZIL
- Characterization of the effect of critical design parameters on the electrochemical performance of a lithium-sulfur battery
Kritik tasarım parametrelerinin lityum-kükürt pilin elektrokimyasal performansı üzerindeki etkisinin karakterizasyonu
HATİCE MERVE BİLAL
Doktora
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DAMLA EROĞLU PALA
- Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems
Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi
MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN