Modeling of reaction and degradation mechanisms in lithium-sulfur batteries
Lityum-sülfür pillerindeki reaksiyon ve bozunma mekanizmalarının modellenmesi
- Tez No: 557539
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖRKEM KÜLAH, DR. ÖĞR. ÜYESİ 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: 160
Özet
Lityum-Sülfür bataryalar, yüksek teorik özgül enerjileri (2567 Wh / kg) ve sülfürün doğal bolluğu, toksik olmaması ve düşük maliyeti gibi avantajları nedeniyle post Li-iyon batarya enerji depolama sistemleri için en iyi alternatiflerden biridir. Li-S pilindeki reaksiyon ve bozunma mekanizmaları çeşitli elektrokimyasal ve çökeltme/çözünme reaksiyonlarını içermektedir. Bu çalışmada, her iki deşarj platosunu da tek bir elektrokimyasal reaksiyonla temsil ederek, katotta karbonun sülfüre (C/S) ve elektrolitin sülfüre (E/S) oranları gibi kritik katot tasarım parametrelerinin, Li-S pillerinin elektrokimyasal performansı üzerine etkileri modellenmiştir. İlk bölümde, %60 deşarj derinliğinde (düşük voltaj platosuna karşılık gelen) hücre voltajı vasıtasıyla elektrokimyasal performansı tahmin eden ve deneysel sonuçlarla doğrulanan tek-boyutlu, konsantrasyondan bağımsız bir model geliştirilmiştir. İkinci bölümde ise, tek-boyutlu, zamana ve pozisyona bağlı, konsantrasyon değişimini hesaba katan bir model geliştirilmiş ve tüm deşarj eğrisi öngörülmüştür. C/S oranı arttıkça, Li-S pilinin hücre voltajı da belli bir limite kadar yükselmektedir. C/S oranında ilave bir artış ise hücre voltajında bir değişikliğe neden olmamakla birlikte, aktif malzemedeki azalma nedeniyle kapasiteyi hafifçe azaltmaktadır. Katotta E/S oranının artması, hücre voltajını ve kapasiteyi önemli ölçüde arttırmaktadır. Aktif malzeme kullanımının sınırlandırılmasından dolayı, deşarj kapasitesi, düşük E/S oranlarında çok az olmaktadır. Son olarak, difüzyon katsayılarının, elektrokimyasal reaksiyon kinetiğinin ve çökelme/çözünme kinetiğinin etkilerini anlamak için modelde bir duyarlılık analizi yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Lithium-sulfur batteries are promising alternatives for the energy storage systems beyond Li-ion batteries due to their high theoretical specific energy (2567 Wh/kg) in addition to the natural abundancy, non-toxicity and low cost of sulfur. The reaction and degradation mechanisms in a Li-S battery include various electrochemical and precipitation/dissolution reactions of sulfur and polysulfides; however, the exact mechanism is still unclear. In this study, the effect of critical cathode design parameters such as carbon to sulfur (C/S) and electrolyte to sulfur (E/S) ratios in the cathode, on the electrochemical performance of a Li-S battery is modeled by defining each of the two discharge plateaus with a single electrochemical reaction. In the first part, a 1-D, concentration-independent model is developed which estimates the electrochemical performance through the cell voltage at 60% depth of discharge (corresponds to the low voltage plateau) and validated with experimental results. In the second part, a 1-D, concentration-dependent, spatiotemporal model is developed to predict the entire discharge behavior of the Li-S cell. As the C/S ratio increases, cell voltage of the Li-S battery also increases up to a certain limit. While further increase in the C/S ratio causes no change in the cell voltage, it slightly decreases the capacity due to the reduction in the active material. The increase in the E/S ratio in the cathode ends up with a significant increase in the cell voltage and capacity. Due to limited active material utilization, the discharge capacity becomes very low at low E/S ratios. Finally, a sensitivity analysis is performed to understand the effect of diffusion coefficients of the species, electrochemical reaction kinetics and precipitation/dissolution kinetics on the predicted discharge curve.
Benzer Tezler
- Li-iyon batarya modelinin en uygunlaştırılması ve batarya bozunumunun incelenmesine katkılar
Contributions to optimization of Li-ion battery models and analysis of battery degradation
HAKAN İNCESU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ
- Finite element analysis of degradation, growth factor release and signaling pathway interactions in a 3D scaffold
3B kemik iskelesinde degradasyon, büyüme faktörü salınımı ve sinyal yolu etkileşimlerinin sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile modellenmesi
SEZEN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLLÜ KIZILTAŞ ŞENDUR
- Modeling the photo-oxidative degradation mechanisms of thiophene in boron-containing oligothiophenes and the ignition reactions of hypergolic propellants
Boron içeren oligotiyofenlerdeki tiyofenin foto-oksidatif bozunma mekanizmalarının ve hipergolik yakıtların yanma tepkimelerinin modellenmesi
OĞUZHAN KUCUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
KimyaBoğaziçi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. ŞARON ÇATAK
PROF. DR. VİKTORYA AVİYENTE
- JP-8 yakıtı için 6-adımlı global-kinetik depozit oluşum modeli
6-step global-kinetic deposition model for JP-8 fuel
ŞENGÜN KAAN CAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
- Su kaynaklarında bulunan seçilmiş kirletici moleküllerin biyolojik moleküllerle etkileşiminin moleküller modelleme yoluyla incelenmesi
Investigation of the interactions between selected contaminators in water resources and biological molecules by molecular modeling
CEMAL KÖPRÜLÜOĞLU