Lityum-sülfür ve lityum-oksijen bataryalarının malzemeden sisteme analizi

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.