Temperature-dependent electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of lithium thionyl chloride and Li-ion batteries
Lityum tiyonül klorur ve Li-ion pillerin sıcaklıga bağlı elektrokimyasal empedans spektroskopisi incelenmesi
- Tez No: 872473
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURAK ÜLGÜT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 190
Özet
Piller ya da bataryalar, geçtiğimiz yıllarda sıkça araştırılan ve geliştirilen, taşınabilir ve portatif cihazlarda kullanılan enerji depolama sistemleridir. Velhasıl, pillere kullanım sırasında ve çalışır vaziyette teşhis ve tanı konulması azami derecede önem arz etmektedir. Dolayısıyla, deneysiz bir elektrokimya düşünülemez; ilm-i kimya, tecrübelerle müsbet bir sahta nüfuz eder. Bu vesile ile, elinizdeki tezde Elektrokimyasal Empedans Spectroskopisi'ne (EIS) dayanan yöntemler kullanılmıştır. Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi, yerinde tetkik yapabilen, tahrip edici etkisi bulunmayan bir teşhis ve tanımlama yöntemidir. Bu tez, içerisinde anlatılan tartışmaların ve konuların iyice anlaşılmasını sağlamak amacıyla, elektrokimya alanının etraflıca bir tekrarı ile başlamaktadır. Buna müteakip, yapılan ölçüm ve cihazlara ait deneysel ve teknik detayları içeren bir kısım bulunmaktadır. Devamındaki kısımlarda ise, çoğunlukla evveliyatında yayınlanmış çalışmaları içeren bölümler bulunmaktadır. Bu bölümler ilk olarak empedans ölçümlerinin başlangıçlarda geçici olarak görünen bir deneysel olguyu ele almaktadir. Bu olayda hem deneysel veri hem de teorik simülasyonlardan faydalanılmıştır. Neticede, bu olgunun her daim mevcut olduğunu ve farklı senaryolarda dahi engellenemeyeceğinin sonucuna varılmıştır. Bunu takip eden kısımda ise sıcaklığa bağlı empedans deneyleri ve sonuçlarına yer verilmiştir. Bu çalışmalar mütenasip (simetrik) ve tam çalışır piller ile lityum tiyonül klorür pilleri ile icra edilmiştir. Bu sonuçta pillerde gerçekleşen ve empedans spektroskopisi ile ölçülebilen işlemlerin aktivasyon enerjileri Arrhenius denklemleri kullanılarak hesaplanmıştır. Ayrıca, farklı hücre mimarilerinden de yararlanılarak elektrokimyasal işlemler birbirlerinden ayrılmış ve incelenmiştir. Böylelikle, pillerin içerisinde gerçekleşen farklı olaylar incelenmiştir.Bir sonraki bölümde ise, yine benzer bir kimyada olan lityum tiyonül klörür ve sülfürül klorür pillerinin empedans ve doğrusal olmayan harmonik incelenmeleri anlatılmıştır. Bu bölüm Kramers Kronig (KK) ve doğrusal olmayan harniklerin analizinin birbirleri ile uyumlu sonuçlar verdiğini ve birbirlerini desteklerini kanıtlamıştır. Son olarak, appendix kısmında yer alan çalışmada şahsi ilgi alanım olan elektro gitar manyetiklerini inceleyen ve farklı türlerinin empedanslarını kıyaslayan kısa bir bölüm bulunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Batteries are one of the most researched and developed energy storage systems in recent years due to their utilization in portable and mobile devices. Therefore, operando and in-situ characterization of batteries should be properly performed to understand the electrochemical processes. For this purpose, Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and its auxiliary techniques have been utilized in this thesis to investigate various electrochemical systems. This thesis starts with a detailed electrochemistry review, which is necessary for understanding the discussions in later sections. Then, experimental and technical details regarding the measurement practices are presented. The following sections are shortened versions of (mostly) published studies based on the EIS of various battery and electrochemical systems. These sections start by demonstrating the initial transient occurrence with a simplified Randles cell and using both experimental and simulation data, which eventually shows that the initial transients are observed in every measurement and simulation scenario. Even with the real-life dummy cells made of resistors and capacitors, the initial transients are present and cannot be eliminated completely. Thereafter, the temperature-dependent EIS section includes multiple subsections regarding the temperature-dependent EIS of symmetric and complete cells as well as the spiral/bobbin architectures of Lithium Thionyl Chloride (Li/SOCl$_2$) batteries. This section evaluates and compares the impedance response of different cell geometries and architectures with the consideration of Arrhenius relations. The Arrhenius relations are utilized for the determination of the activation energies of electrochemical processes detected by EIS. Thus, the result concludes that the activation energies are dependent on the SoC of the battery, temperature, and chemistry, and these parameters are investigated in detail. Following, another study with similar chemistry, Li/SOCl$_2$/SO$_2$Cl$_2$ batteries, is investigated in terms of EIS and Non-linear Harmonic Analysis (NHA), which shows the relation between the Kramers Kronig (KK) compatibility and NHA based on this cell chemistry. The proper way of measuring this chemistry is also presented with experimental details, which necessitates changing the impedance parameters to acquire linear and reproducible results. Lastly, in the appendix, my personal interest in electric guitar pickups is investigated, and the single-coil and humbucker structures are compared in terms of their impedance responses.
Benzer Tezler
- Grafen/kalay esaslı nanokompozitlerin lityum iyon pillerde anot malzemesi olarak kullanımının incelenmesi
Investigation of the use of graphene/tin based nanocomposides as anode material in lithium ion batteries
SELİN ALP
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA YAVUZ
- Electrochemical impedance spectroscopy based characterization and modeling of electrochemical energy storage systems
Elektrokimyasal enerji depolama sistemlerinin elektrokimyasal empedans spektroskopisi tabanlı karakterizasyonu ve modellenmesi
MOHAMMED AHMED ZABARA
Doktora
İngilizce
2021
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ÜLGÜT
- Poli(EHA-ko-MMA)/PEG-lityum-iyon tabanlı polimer elektrolit sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
Poly(EHA-ko-MMA)/PEG-lithium-ion based polymer electrolytes synthesis, characterization and applications
SAMUEL KAWISO KAYIMO
- Enerji depolama için grafen tabanlı üç boyutlu elektrot malzeme uygulamaları
Graphene-based three-dimensional electrode material applications for energy storage
DENİZ KURUAHMET
Doktora
Türkçe
2023
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Uygulanan farklı hızlandırma voltajı türlerinin KA-FBB yöntemi ile üretilen Ti ve TiAlN kaplamaların korozyon davranışları üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of different bias modes applications on the corrosion behavior of Ti and TiAlN coatings produced by CA-PVD technique
DİLAN ER
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN