Geri Dön

Material-to-system analysis of lithium – sulfur and lithium – oxygen batteries

Lityum-sülfür ve lityum-oksijen bataryalarının malzemeden sisteme analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 882794
  2. Yazar: AYŞEGÜL KILIÇ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. DAMLA EROĞLU PALA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  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: 260

Özet

Lityum-iyon bataryalarından (LIB) daha iyi kapasite gösterecek batarya gelişimi, yüksek enerji talep eden gelecekteki araçlar için oldukça önemlidir. Bu bağlamda, bu çalışmada tasarım parametreleri ve malzeme etkisinin lityum-sülfür (Li-S) ve lityum-oksijen (Li-O2) batarya performansı üzerine etkileri incelenmiştir. Li-S bataryaları üç metotla incelenmiştir: elektrokimyasal karakterizasyon, sistem-düzeyi performans modellemesi ve son olarak makine öğrenmesi. Li-O2 bataryaları içinse sadece makine öğrenmesi metotları kullanılmıştır. İlk olarak, hücre ve materyal tasarımlarının Li-S batarya performansının üzerine etkileri literatür verileri ile, birliktelik kuralları analizi (ARM) kullanılarak açıklanmıştır. Li-S bataryaları için emprenye malzeme tipi en önemli faktördür ve sistem-düzeyi performans, iyonik sıvı (IL) elektrolitler ile birlikte önemli derecede arttırılmışıtr. Bir sonraki kısımda, Li-S bataryaları için elektrolit geliştirme amacıyla 36260 IL için IL'lerin polisülfit (PS) çözünürlükleri COSMO-RS hesaplamalarıyla belirlenmiştir. 6 iyonik sıvı için elektrokimyasal testler yapılmış olup yüksek performanslı Li-S bataryaları için gereken vizkosite ve çözünürlük limitleri belirlenmiştir. İmidazol katyonları ile borat veya bis_imid grupları en çok umud vaad eden IL çiftidir. Emprenye katot malzemeler de çalışılmıştır. Elektron iletkenliği ve kimyasal adsorpsiyonu dengelenmiş, yarı yarıya kütlece oran gösteren UiO66/Grafen nanoplatelet (GNP) kompozit Li-S hücrelerinin hız performansını arttırmıştır. Vanadyum ve kobalt katkılı ketjen siyahı katotlar, düşük elektrolit-sülfür (E/S) oranı ve yüksek sülfür yoğunluğunda sistem-düzeyi performansı arttırmıştır. ARM, Li-O2 batarya literatüründe de kullanılmış ve LaFe ve Ni oksitlerler birlikte, elektrolit çözücüsünün performansı ciddi bir şekilde etkilediği görülmüştür. Son olarak, 30,000 IL için gaz çözünürlükleri COSMO-RS kullanılarak hesaplanmış ve rassal orman (RF) ile öngörücü modelleler kurulmuştur. Anyon tanımlayıcıların gaz çözünürlükleri üstünde daha etkili olduğu görülmüştür.

Özet (Çeviri)

Developing beyond lithium-ion batteries (LIBs) is critical for fulfilling the high energy demand of future vehicles. In this respect, lithium-sulfur (Li-S) and lithium-oxygen (Li-O2) batteries were studied here to understand the effect of cell design and materials on the battery performance. The studies of Li-S batteries involve three main methods: experimental characterization, system-level performance modeling, and machine learning (ML). Instead, only ML models were developed for Li-O2 batteries. First, association rule mining (ARM) was utilized to understand the cell and materials design effects on Li-S battery performance using the data collected from the literature. For Li-S batteries, the encapsulation material type was the most important feature, and system-level performances were highly improved with ionic liquid (IL) electrolytes. Next, polysulfide (PS) solubility in ILs and IL properties were determined for 36260 ILs using the COnductor-like Screening Model for Realistic Solvents (COSMO-RS) calculations. 6 ILs were experimentally tested to determine the solubility ranges of ILs for high-performance Li-S cells. Afterward, extreme gradient boosting (XGBoost) and ARM were utilized to predict and identify promising ILs and their features. Imidazolium cations with either borates or bis_imide anion group were the most promising IL pairs. Encapsulation cathodes were also studied. UiO66/Graphene nanoplatelet (GNP) composites increased the rate performances of Li-S cells where 50 wt.% UiO66 loading was the optimum for balancing electron transfer and PS chemisorption. Vanadium and Cobalt-doped ketjen black cathodes increased the system-level performances of Li-S batteries. ARM was also used for Li-O2 battery literature data; metallic cathode ingredients LaFe oxides, Ni oxides, and electrolyte solvents significantly impact battery performance. Last, gas solubilities of nearly 30,000 ILs were calculated using COSMO-RS, and random forest (RF) was used to build predictive models. Anion descriptors were more determinative of the gas solubilities.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    847487

    Development of quaternary nickel rich cobalt free cathode materials

    Nikelce zengin dörtlü kobalt içermeyen katot malzeme geliştirilmesi

    KAMER ERDOĞAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN KIZIL

  2. Tez No

    637352

    Advanced thermosets from sulfur, renewable benzoxazine and ionones via inverse vulcanization

    Ters vulkanizasyon yoluyla sulfur, yenilenebilir benzoksazin ve iyonon'dan gelişmiş termosetler

    OZAN BAYRAM

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BARIŞ KIŞKAN

  3. Tez No

    539260

    Sülfürlü ve oksitli bileşiklerden ergimiş tuz elektrolizi ile bakır ve alaşımlarının direkt sentezi

    Direct synthesis of copper and copper alloys from sulfide/oxide compounds via molten salt electrolysis

    LEVENT KARTAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERVET İBRAHİM TİMUR

  4. Tez No

    752152

    Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems

    Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi

    MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

    PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN

  5. Tez No

    557539

    Modeling of reaction and degradation mechanisms in lithium-sulfur batteries

    Lityum-sülfür pillerindeki reaksiyon ve bozunma mekanizmalarının modellenmesi

    NİSA ERİŞEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖRKEM KÜLAH

    DR. ÖĞR. ÜYESİ DAMLA EROĞLU PALA

Geri Dön