Modeling the impact of ionic liquid electrolytes on the lithium-sulfur batteryperformance
İyonik sıvı elektrolitlerin lityum-kükürt batarya performansı üzerindeki etkisininmodellenmesi
- Tez No: 931080
- Danışmanlar: DOÇ. DAMLA EROĞLU PALA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Lityum-kükürt (Li-S) bataryası, maliyet verimliliği, yüksek teorik kapasitesi ve enerji yoğunluğu sayesinde yenilenebilir enerji kaynağı olarak gelecek vaat eden bir teknoloji olarak görülmektedir. Ancak, kompleks elektrokimyasal mekanizmaların tam olarak anlaşılmaması, bu bataryanın gelişimi ve ticari olarak uygulanabilirliği için büyük bir engel oluşturmaktadır. Li-S batarya hücrelerinin tasarım parametreleri, batarya performansını önemli ölçüde etkileyebilir. Bu tezde, hücre tasarım parametrelerinin etkisini vurgulamak için sıfır boyutlu bir elektrokimyasal model oluşturulmuştur. Aktif reaksiyon alanı, başlangıç voltajı, mekik ve çökelme sabitleri, standart potansiyeller, değişim akım yoğunlukları, C oranı ve elektrolit-kükürt (E/S) oranının etkisi incelenmiştir. Fortran programlama dili kullanılarak deşarj ve şarj profillerini göstermek için simülasyonlar yapılmıştır. Model, elektrolit-kükürt oranının deşarj performansına etkisini tahmin etmede başarısız olmuştur. E/S oranı hücredeki elektrolit hacmini değiştirerek ayarlanmıştır. E/S oranının artmasıyla deşarj kapasitesinde bir artış beklenmektedir. Ancak simulasyonlarda gözlemlenmemiştir. Ayrıca, elektrolit tasarım parametreleri ile ilgili bir duyarlılık analizi gerçekleştirilmiştir. Model, kütle transferini içermediği için C oranının etkisini yansıtma konusunda başarısız olmuştur. Değişim akım yoğunluklarındaki artış, tüm redoks reaksiyon aşamaları için hücre voltajında ve kapasitede neredeyse hiçbir değişikliğe yol açmamıştır. Benzer şekilde modelde aktif reaksiyon alanı ve başlangıç voltajdaki değişiklikler deşarj ve şarj profillerinde değişiklik yaratmamıştır. Bununla birlikte, mekik sabitinin hücre performansı üzerindeki etkisi doğru bir şekilde yakalanmıştır; artan mekik sabiti ile kapasite önemli ölçüde azalmaktadır. Sonuç olarak, sıfır boyutlu model, duyarlılık analizi yoluyla elektrolit tasarım parametrelerinin etkisini araştırmak için kullanılmıştır. Belirli parametrelerin etkisini tahmin etmede başarılıdır. Önerilen modelde elektrolit miktarının batarya performansı üzerindeki etkisi gözlemlenmemiştir.
Özet (Çeviri)
The lithium-sulfur (Li-S) battery is a promising future technology as an energy storage system due to its cost-effectiveness, high theoretical capacity, and energy density. However, fully understanding the complex electrochemical mechanisms remains a significant challenge for further advancement and commercial feasibility. Design parameters of Li-S cells, especially the ones regarding the electrolyte, can significantly impact their performance. In this thesis, a zero-dimensional electrochemical model is established to highlight the impact of electrolyte design parameters. The (Yan, Yin, Guo, & Wan, 2014) (Yan, Yin, Guo, & Wan, 2014) the active reaction area, initial voltage, shuttle and precipitation constants, standard potentials, exchange current densities, C-rate, and the electrolyte-to-sulfur (E/S) ratio is investigated. Simulations were performed using Fortran programming language to illustrate discharge and charge profiles. The impact of the E/S ratio on the discharge and charge profiles is investigated by altering the electrolyte volume in the cell in the model. An increase in the discharge capacity is expected with an increase in the E/S ratio. However, the model is unable to predict this trend. In addition, a sensitivity analysis was performed to see the dependence of the results on the selected model parameters regarding electrolyte design; this way, the impact of ionic liquid electrolyte design on the performance can be captured implicitly. An increase in the exchange current densities causes almost no change in the cell voltage and capacity for all three stages of redox reactions in the model. The changes in discharge and charge profiles are also negligible in terms of the changes in active reaction area and initial voltage parameters. Nevertheless, the influence of the shuttle constant on cell performance is significant; the capacity decreases significantly with increasing the shuttle constant. The model cannot reflect the effect of C-rate as mass transfer is neglected in a zero-dimensional model. In conclusion, a zero-dimensional model is utilized to investigate the impact of electrolyte design parameters through sensitivity analysis. It is successful in predicting the influence of certain parameters. The effect of the electrolyte quantity on battery performance is not observable in the suggested model.
Benzer Tezler
- 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
- Deniz tipi karbon tutum sistemlerinin incelenmesi
Investigation of marine type carbon capture system
ENGİN GÜLER
Doktora
Türkçe
2025
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- Combining ionic liquids with metal organic frameworks for CO2capture and separation applications
Başlık çevirisi yok
MUHAMMAD ZEESHAN
Doktora
İngilizce
2021
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER UZUN
PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Investigating the performance and degradation of low platinum loaded proton exchange membrane fuel cells
Düşük platin yüklü proton değişimli yakıt hücrelerinin performansının ve bozulmasının araştırılması
ASAL SAEIDFAR
Doktora
İngilizce
2023
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT