Characterization of the effect of critical cathode design parameters on the lithium sulfur cell resistance using electrochemical impedance spectroscopy

AYŞEGÜL KARAKUŞ

Characterization of the effect of critical cathode design parameters on the lithium sulfur cell resistance using electrochemical impedance spectroscopy

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Boğaziçi Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2019

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: AYŞEGÜL KARAKUŞ

Danışman: DAMLA EROĞLU PALA

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Lityum-sülfür bataryaları, elektrikli araç uygulamalarında kullanılan Li-iyon bataryalarına alternatif olarak son yıllarda oldukça dikkat çekmiştir. Bunun sebebi, aktif madde olarak dünyada bol miktarda olan ve zararsız olup yüksek kapasite veren sülfür ve en hafif metal Li içeren Li-S bataryalarının yüksek teorik spesifik enerjisidir (2600 Wh/kg). Öte yandan, Li-S bataryalarının elde edilen kapasiteyi azaltan ve çevrim ömrünü düşüren problemleri vardır. Li anot bozunması, polisülfit mekik mekanizması ve düşük elektronik iletkenlik bu problemlerin en önemlileridir ve bunlar hücre içerisinde kinetik ve taşınım rezistanslarına yol açarlar. Bu çalışmada, katottaki 2 kritik dizayn parametresi olan karbona sülfür (C/S) ve elektrolite sülfür (E/S) oranlarının hücre içerisindeki kinetik ve taşınım rezistanslarına etkisi deşarj derinliğine bağlı olarak, elektrokimyasal empedans spektroskopisiyle incelenmiştir. İlk olarak, hücre içerisindeki ana rezistanslar elektrolit, yük transfer, film ve Warburg rezistansları olarak belirlenmiştir. E/S oranının rezistans üzerine etkisi 34 µl/mg, 19 µl/mg, 12 µl/mg, 6 µl/mg ve 3 µl/mg E/S oranlarına sahip, C/S oranı 1 olan hücreler ile test edilmiştir. Bu hücrelerde en yüksek rezistanslar E/S oranının 3 µl/mg ve 6 µl/mg olduğu durumlarda elde edilmiştir. Öte yandan, en düşük rezistanslar E/S=19 µl/mg olduğu durumda gözlemlenmiştir ve E/S oranının daha fazla yükseltilmesi rezistansı düşürmemiştir. C/S oranının hücredeki rezistanslar üzerine etkisi ise C/S oranı 3.5, 2.0, 1.0, 0.5 ve 0.3, E/S oranı ise 19 µl/mg olan hücreler ile araştırılmıştır. C/S oranının 3.5 olduğu hücreler, diğer hücreler ile kıyaslandığında çok yüksek rezistans göstermiş, minimum rezistans ise C/S=1 ile elde edilmiştir. Bu sonuçlara göre, E/S ve C/S oranlarının hücrelerde azami kinetik ve taşınım rezistansları sağlayan optimum bir değeri bulunmaktadır.