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
- Tez No: 577556
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ DAMLA EROĞLU PALA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Lityum-sülfür bataryaları, elektrikli araç uygulamalarında kullanılan Li-iyon bataryalarına alternatif olarak son yıllarda oldukça dikkat çekmiştir. Bunun sebebi, aktif madde olarak dünyada bol miktarda olan ve zararsız olup yüksek kapasite veren sülfür ve en hafif metal Li içeren Li-S bataryalarının yüksek teorik spesifik enerjisidir (2600 Wh/kg). Öte yandan, Li-S bataryalarının elde edilen kapasiteyi azaltan ve çevrim ömrünü düşüren problemleri vardır. Li anot bozunması, polisülfit mekik mekanizması ve düşük elektronik iletkenlik bu problemlerin en önemlileridir ve bunlar hücre içerisinde kinetik ve taşınım rezistanslarına yol açarlar. Bu çalışmada, katottaki 2 kritik dizayn parametresi olan karbona sülfür (C/S) ve elektrolite sülfür (E/S) oranlarının hücre içerisindeki kinetik ve taşınım rezistanslarına etkisi deşarj derinliğine bağlı olarak, elektrokimyasal empedans spektroskopisiyle incelenmiştir. İlk olarak, hücre içerisindeki ana rezistanslar elektrolit, yük transfer, film ve Warburg rezistansları olarak belirlenmiştir. E/S oranının rezistans üzerine etkisi 34 µl/mg, 19 µl/mg, 12 µl/mg, 6 µl/mg ve 3 µl/mg E/S oranlarına sahip, C/S oranı 1 olan hücreler ile test edilmiştir. Bu hücrelerde en yüksek rezistanslar E/S oranının 3 µl/mg ve 6 µl/mg olduğu durumlarda elde edilmiştir. Öte yandan, en düşük rezistanslar E/S=19 µl/mg olduğu durumda gözlemlenmiştir ve E/S oranının daha fazla yükseltilmesi rezistansı düşürmemiştir. C/S oranının hücredeki rezistanslar üzerine etkisi ise C/S oranı 3.5, 2.0, 1.0, 0.5 ve 0.3, E/S oranı ise 19 µl/mg olan hücreler ile araştırılmıştır. C/S oranının 3.5 olduğu hücreler, diğer hücreler ile kıyaslandığında çok yüksek rezistans göstermiş, minimum rezistans ise C/S=1 ile elde edilmiştir. Bu sonuçlara göre, E/S ve C/S oranlarının hücrelerde azami kinetik ve taşınım rezistansları sağlayan optimum bir değeri bulunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Lithium-sulfur batteries have gained significant attention as an alternative for Li-ion batteries for electric vehicle applications in the recent years. This is due to their high theoretical specific energy (2600 Wh/kg) coming from one of the most abundant and non-toxic element, sulfur and the lightest metal lithium. On the other hand, Li-S batteries have some drawbacks, which are Li anode degradation, polysulfide shuttle mechanism and low electronic conductivity; these all cause low specific capacity and poor cyclability. Hence, Li-S cells suffer from some transport and kinetic resistances. In this study, the effect of the electrolyte to sulfur ratio (E/S) and the carbon to sulfur ratio (C/S), which are two critical cathode design parameters, on the transport and kinetic resistances in a Li-S cell are investigated as a function of degree of discharge in the first cycle by using electrochemical impedance spectroscopy. First, the main resistances in the cell are identified as the electrolyte, charge transfer, film and Warburg resistances. The effect of E/S ratio on the cell resistance is investigated for Li-S cells having E/S ratios of 34 µl/mg, 19 µl/mg, 12 µl/mg, 6 µl/mg and 3 µl/mg at a C/S ratio of 1. For these cells, the highest resistances are obtained with 3 µl/mg and 6 µl/mg E/S ratios for all of the resistances. Furthermore, the lowest resistances are obtained for the cell with E/S=19 µl/mg and further increase of the E/S ratio do not reduce the resistances. Secondly, the effect of C/S ratio on the cell resistance is investigated for Li-S cells with the C/S ratios of 3.5, 2.0, 1.0, 0.5 and 0.3 having 19 µl/mg E/S ratio. The cell with a C/S ratio of 3.5 has considerably higher resistances than the other C/S ratios for all the three resistances whereas the lowest resistances are obtained with C/S=1; lower C/S ratios result in higher resistances. These results showed that, there is an optimum point for both E/S and C/S ratios, where the cells deliver minimum transport and kinetic resistances.
Benzer Tezler
- 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
- Lityum iyon bataryalar için bor katkılı yüksek voltaj spinel lityum nikel manganez oksit katot aktif malzeme sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of boron-doped high-voltage spinel lithium nickel manganese oxide cathode active material for lithium-ion batteries
YUNUS EMRE GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Yazdırılabilir akıllı enerji depolama sistemi için PVDF-HFP esaslı kompozit polimer elektrolitler
PVDF-HFP based composite polymer electrolytes for printable smart energy storage system
DİDEM SÜRSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Sakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Reactor design, characterization and production of cathode active material via co-precipitation method for lithium ion batteries
Lityum iyon piller için birlike çöktürme yöntemi için reaktör tasarımı, katot aktif malzemesi üretimi ve karakterizasyonu
BARIŞ CEM ALPAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Effect of pack aluminizing on hydrogen charging behavior of Ti6Al4V alloy fabricated by selective laser melting
Seçici lazer ergitme yöntemiyle üretilen Ti6Al4V alaşımının hidrojen şarj davranışı üzerine kutu alüminyumlama işleminin etkisi
BELGİN ATAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
İstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...