Lityum-iyon pilleri için silisyum esaslı ince film anotların üretimi, karakterizasyonu ve makine öğrenimi kullanılarak pil performansının tahmini
Production, characterization and prediction of battery performance using machine learning of silicon-based anode thin films for lithium-ion batteries
- Tez No: 986410
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞEGÜL ÖKSÜZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Kimya, Energy, Engineering Sciences, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Amorf silisyum, Elektrokimyasal piller, Şarj edilebilir piller, Amorphous silicon, Electrochemical cells, Rechargeable batteries
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, lityum-iyon piller (LIB'ler) için silisyum (Si) esaslı ince film anotların performansını iyileştirmeyi amaçlamakta ve iki ana aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, veri bilimi ve makine öğrenimi (ML) teknikleri kullanılarak deşarj kapasitesinin modellenmesi ve tahmini gerçekleştirilmiştir. Literatürden derlenen çok kaynaklı veri setindeki eksik değerler, K-en Yakın Komşu (KNN), Gaussian Süreç Regresyonu (GPR), Zincirlenmiş Denklemlerle Çoklu Atama (MICE) ve Rasgele Orman yöntemleriyle imputasyon yapılarak giderilmiş; Rasgele Orman tabanlı yaklaşım en yüksek doğrulukla seçilmiştir. Aynı model, 5–500. çevrimler arasında kapasite eğrilerini uzatarak fiziksel olarak makul kapasite kaybı eğilimleri üretmiştir. Üretim ve elektrokimyasal çalışma parametrelerinin deşarj kapasitesi ve çevrimle birlikte deşark kapasitesi üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla modelden bağımsız Birikimli Yerel Etki (Accumulated Local Effects, ALE) analizi uygulanmış ve böylece yeni nesil Si ince film anot tasarımı için pratik“tasarım pencereleri”önerilmiştir. Deneysel aşamada, Cu akım toplayıcılar üzerine bağlayıcı ve iletken katkı kullanılmaksızın radyo frekans (RF) magnetron saçtırma yöntemiyle Si/MO/Si ince film anotlar üretilmiştir. Ara katman (MO) olarak WO₃, V₂O₅, Ta₂O₅ ve MoO₃ kullanılmış; nanometre ölçeğindeki kalınlıklar için üretim parametreleri optimize edilmiştir. Bu ara katmanlı mimariler kullanılarak, Si esaslı ince film anotlarda arayüz kararlılığının artırılması ve hacimsel genleşmeye bağlı bozunmanın azaltılması hedeflenmiş ve bu etkiler elektrokimyasal performans sonuçlarına göre değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis aims to improve the performance of silicon (Si)-based thin film anodes for lithium-ion batteries (LIBs) and consists of two main stages. In the first stage, discharge capacity is modelled and predicted using data science and machine learning (ML) techniques. Missing values in a multi-source dataset compiled from the literature were imputed using k-Nearest Neighbors (KNN), Gaussian Process Regression (GPR), Multiple Imputation by Chained Equations (MICE), and Random Forest methods; the Random Forest-based approach was selected as it provided the highest accuracy. The same model was used to extend capacity curves between the 5th and 500th cycles, generating physically reasonable capacity fading trends. To investigate how fabrication and electrochemical operating parameters affect discharge capacity and its decay with cycling, a model-agnostic Accumulated Local Effects (ALE) analysis was applied, from which practical“design windows”were proposed for next-generation Si thin film anode design. In the experimental stage, Si/MO/Si thin film anodes were fabricated on Cu current collectors by radio frequency (RF) magnetron sputtering without using any binder or conductive additive. Tungsten trioxide (WO₃), vanadium pentoxide (V₂O₅), tantalum pentoxide (Ta₂O₅), and molybdenum trioxide (MoO₃) were employed as metal oxide (MO) interlayers, and deposition parameters were optimized for nanometer-scale thicknesses. Using these interlayered architectures, the enhancement of interfacial stability and the mitigation of volume expansion-induced degradation in Si-based thin film anodes were targeted and evaluated based on electrochemical performance results.
Benzer Tezler
- Engineering M-Si (M:Ag,Cu) thin films as negative electrodes for lithium ion batteries
Lityum iyon bataryalarda negatif elektrot olarak kullanımları için M-Si (M:Ag,Cu) ince filmlerin tasarlanması
BİLLUR DENİZ KARAHAN
Doktora
İngilizce
2016
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Lityum iyon piller için yazdırılabilir teknolojilere uygun yeni nesil anotların geliştirilmesi
Development of new generation anodes for lithium ion batteries suitable for printable technologies
AHMET TALHA SEVİNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUD TOKUR
- Lityum iyon piller için üç boyutlu grafen/karbon nanotüp/silisyum nanokompozit anotların geliştirilmesi
Development of three-dimensional graphene/carbon nanotube/silicon nanocomposite anodes for lithium-ion batteries
SELİN DEMİRCİ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Enerji depolamada yenilikçi karbon yapılı esnek yüzeylerin üretimi ve analizi
Production and analysis of novel carbon structured flexible surfaces for energy storage applications
ESRA ŞERİFE KILIÇ
Doktora
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DEMİR
- Lityum iyon piller için aktif ve inaktif bileşenli silisyum esaslı nanokompozit anotlar
Active and inactive component silicon based nanocomposite anodes for lithium ion batteries
TUĞRUL ÇETİNKAYA
Doktora
Türkçe
2015
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATEM AKBULUT