Modeling the effect of sulfur loading on the electrochemical performance of a lithium-sulfur battery
Lityum-kükürt pilinin elektrokimyasal performansı üzerinde kükürt yüklemenin etkisinin modellenmesi
- Tez No: 821707
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DAMLA EROĞLU PALA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Lityum-kükürt (Li-S) piller, yüksek teorik özgül enerjileri nedeniyle verimli bir enerji depolama sistemi olarak umut vermektedir. Ek olarak, Li-S piller, doğal olarak bol ve toksik olmayan ucuz hammaddelere sahiptir. Bu avantajlar nedeniyle Li-iyon pillere bir alternatif olarak kabul edilirler. Bununla birlikte, düşük çevrim ömrü ve kendi kendine deşarj gibi dezavantajları da vardır. Li-S pillerdeki elektrokimyasal reaksiyonların açıklığa kavuşturulması ve önemli parametrelerin ve bunların etkilerinin tanımlanması gerekmektedir. Bu nedenle, katot tasarımında optimum parametreleri bulmak için odaklanan farklı çalışmalar vardır. Bu çalışma, kritik bir katot tasarım parametresi olan kükürt yükleme miktarının Li-S pilinin elektrokimyasal performansına etkisini araştırmaktadır. Kükürt hücrede elektrokimyasal olarak aktif bir madde olmasına rağmen, çözünmez ve yalıtkan olduğundan yüksek konsantrasyonlarda hücre performansını olumsuz etkiler. İletkenliği ve yüzey alanını artırmak için katotta karbon kullanılır. Bununla birlikte, karbon gibi inert malzemeler enerji yoğunluğunu azaltabilir. Dolayısıyla, Li-S pilindeki karmaşık mekanizmalar nedeniyle hem yüksek kapasite hem de enerji yoğunluğu için gereken optimum katot tasarım parametreleri hala araştırılmaktadır. S yükleme miktarının etkilerini tahmin etmek için bu çalışmada hesaplamalı algoritmalar kullanılmıştır; basitleştirilmiş sıfır boyutlu ve daha karmaşık tek boyutlu elektrokimyasal modeller seçilmiş ve bu modellerin S yükleme miktarının deşarj performansına etkisi üzerine tahminleri karşılaştırılmıştır. Sıfır boyutlu model S yükleme miktarının deşarj kapasitesi üzerine etkisini yakalayamazken, tek boyutlu model, deneysel eğilimleri başarıyla tahmin etmiştir. Ayrıca her iki modelde de farklı parametreler için duyarlılık analizi yapılarak modeller arasındaki farklar tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
Lithium-sulfur (Li-S) batteries are a promising solution for the efficient energy storage demand due to their high theoretical specific energy. Also, Li-S battery has inexpensive raw materials that are naturally abundant and non-toxic. For these advantages, they are considered an alternative to Li-ion batteries. However, they also have disadvantages, such as low cycle life and considerable self-discharge. The complex electrochemical reactions in Li-S batteries need to be better understood and defining the significant parameters and their effects are required to overcome these challenges. So different studies are focusing on finding the optimum cathode design parameters. This study investigates the effect of one of the critical cathode design parameters, sulfur loading, on the electrochemical performance of a Li-S battery. Although sulfur is an electrochemically active material in the cell, it negatively affects cell performance at high loadings since it is insoluble and insulating. In order to increase the conductivity and surface area, carbon is typically used in the cathode. However, an inert material like carbon can lower the energy density. So, the optimum cathode design for high S utilization and high energy density is still under investigation because of the Li-S battery's complex mechanisms. For estimating the effect of S loading, computational algorithms were used in this study; simplified zero-dimensional and more complex one-dimensional electrochemical models were selected, and the models' response in predicting the impact of S loading on the discharge performance was compared. The zero-dimensional model could not capture the effect of S loading on the discharge capacity; however, the one-dimensional model successfully predicted the experimental trends. Furthermore, a sensitivity analysis was done on both models for different model parameters to discuss the reasons for the differences between the models.
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
Doktora
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DAMLA EROĞLU PALA
- 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
NUR BER EMERCE
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖRKEM KÜLAH
YRD. DOÇ. DR. DAMLA EROĞLU PALA
- Material-to-system analysis of lithium – sulfur and lithium – oxygen batteries
Lityum-sülfür ve lityum-oksijen bataryalarının malzemeden sisteme analizi
AYŞEGÜL KILIÇ
Doktora
İngilizce
2024
EnerjiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DAMLA EROĞLU PALA
- Mechanistic modeling of drilling forces and study of residual stresses in drilling of compacted graphite iron
Kompakt grafitli dökme demirde delik delme işleminin mekanistik modellemesi ve kalinti gerilmelerin incelenmesi
KAVEH RAHIMZADEH BERENJI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BAKKAL
- CFD simulation of multiphase sulphur removal reactor SAMUM
SAMUM multifaz kükürt temizleme reaktörünün CFD simülasyonu
MERT ERDOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL