Geri Dön

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

  1. Tez No: 762995
  2. Yazar: HATİCE MERVE BİLAL
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. DAMLA EROĞLU PALA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 129

Özet

Lityum-Kükürt (Li-S) piller yüksek teorik özgül enerjisi ve enerji yoğunluğuna sahiptir ve katot içindeki oldukça karmaşık reaksiyon ve polisülfid mekik mekanizmalarının bir sonucu olarak hücre tasarımına duyarlıdır. Elektrolit-kükürt (E/S) oranı, karbon-kükürt (C/S) oranı, kükürt yüklemesi ve karbon tipi, pil performansı üzerinde kritik bir etkiye sahip olan tasarım parametreleridir. Bu çalışmada bu parametrelerin, Li-S pilinin deşarj kapasitesi, döngü performansı ve hücre ve sistem düzeyinde spesifik enerji ve enerji yoğunluğu arasındaki ilişkiyi belirlemek için deneysel karakterizasyon ve elektrokimyasal modellemeyi birleştiren entegre bir araştırma metodu uygulanmıştır. İlk olarak, E/S oranının etkisi incelenmiştir; en yüksek başlangıç deşarj kapasitesi 20 µl mg-1 E/S oranı ile elde edilirken, en iyi kapasite korunumu 13 µl mg-1 için gözlenmiştir. Sonuç olarak, 13 µl mg-1'lik bir E/S oranı, E/S oranının sadece en yüksek deşarj kapasitesi ve kapasite korunumu üzerindeki etkisi olarak değil, aynı zamanda hücre ve sistem seviyesi performansı üzerindeki etkisi olarak en iyi performansı sunmuştur. İkinci olarak, C/S oranının etkisi araştırılmıştır; C/S oranı 2 ve E/S oranı 13 μl mg-1 olan Li-S hücresi, en iyi kapasite korunumuna ek olarak en yüksek başlangıç kapasitesini sağlamıştır. Model tahminleri, artan C/S oranının, özellikle düşük E/S oranlarında, sistem düzeyinde pil ölçümlerini kötüleştirdiğini göstermektedir. Son olarak, farklı karbon tipi ve kükürt yüklemesine sahip Li-S hücreleri incelenmiştir. AB içeren Li-S hücrelerinin kapasite tutmasının S yüklemesinden etkilenmediği, ancak Super C65'li Li-S hücrelerinin kapasite korunumunun daha yüksek S yüklemelerinde yüksek olduğu görülmüştür. (KB) ile hazırlanmış Li-S hücreleri büyük yüzey alanları olmasına rağmen yüksek S yüklemelerinde iyi performans elde edememiştir. Super C65'in en iyi sistem performansına sahip olduğu öngörülmüştür. Orta seviyedeki S yüklemelerinde, deşarj kapasiteleri maksimum olduğundan hem AB hem de Super C65 katotlu Li-S hücreleri, sistem düzeyinde en yüksek değerleri elde etmiştir.

Özet (Çeviri)

Lithium-sulfur (Li-S) batteries provides high theoretical specific energy and energy density and their performance is greatly sensitive to cell design as a result of the highly complex reaction and polysulfide shuttle mechanisms within the cathode. Electrolyte-to-sulfur (E/S) ratio, carbon-to-sulfur (C/S) ratio, sulfur loading and carbon type are vital design parameters with a critical influence on the battery performance. Here, an integrated research methodology coupling experimental characterization and electrochemical modeling was applied to forecast the relation between the key design parameters and the discharge capacity, cycling performance and cell- and system-level specific energy and energy density of the Li-S battery. Firstly, the effect of the E/S ratio was examined; the highest initial discharge capacity was achieved with an E/S ratio of 20 μl mg−1, whereas, the best capacity retention was observed for 13 μl mg−1. Consequently, an E/S ratio of 13 μl mg−1 presented the best performance as the impact of the E/S ratio not only on the peak discharge capacity and capacity retention but also on cell- and system-level performance were considered. Secondly, the influence of the C/S ratio was investigated; the Li-S cell having a C/S ratio of 2 and an E/S ratio of 13 μl mg-1 has provided the highest initial capacity in addition to the best capacity retention. Model predictions suggested that increasing the C/S ratio worsens the battery metrics at the pack level at low E/S ratios. Finally, Li-S cells with different carbon type and sulfur loading were studied. The capacity retention of Li-S cells with AB (Acetylene Black) was unaffected by the S loading, but Li-S cells with Super C65 retain capacity at higher S loadings. Li-S cells with KB (Ketjen Black) were unable to attain good performance at higher S loadings, which was surprising given their significantly larger surface area. Super C65 was projected to have the best pack performance. At medium S loadings, when discharge capacities are maximized, Li-S cells with both AB and Super C65 cathodes attain the greatest system-level metrics.

Benzer Tezler

  1. 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

    İngilizce

    2019

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ DAMLA EROĞLU PALA

  2. Modelling formation of fuel-in-oil due to post injections in diesel applications

    Dizel motorlarda art püskürtmeler sebebiyle yağ seyrelmesi oluşumunun modellenmesi

    MURAT GÖNÜL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR

  3. Effect of electrolyte-to-sulfur ratio on the performance of lithium-sulfur batteries with different electrolyte systems

    Farklı elektrolit sistemlerinde elektrolit-sülfür oranının lityum-sülfür batarya performansına etkisi

    AYÇA FIRTIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    EnerjiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DAMLA EROĞLU PALA

  4. Elektroçekim yöntemi ile üretilen nişasta biyopolimerinin mekanik özelliklerinin tayini ve geliştirilmesi

    Determination and development of mechanical properties of starch biopolymer produced by electrospinning method

    AYŞE FEYZA ARSLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Tekstil ve Tekstil MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEVHAN MÜGE YÜKSELOĞLU