Electrochemical impedance spectroscopy based characterization and modeling of electrochemical energy storage systems

Bu tezde ilk olarak, Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS) kullanan birincil Lityum pillerdeki elektrokimyasal süreçlerin karakterizasyonunu gösteriyoruz. Geniş frekans aralığında birincil Li pillerin doğrusal ve kararlı empedans verilerini sağlayan deşarj tekniğiyle Galvanostatik-EIS geliştiriyoruz. Elde edilen veriler, elektrolit bileşiminin varyasyonu ile ayrıca araştırıldığında sonuçlar, farklı frekans bölgelerindeki empedans yanıtının türünü ortaya koymaktadır. Empedans tepkisi daha sonra ilgili anodik ve katodik yük transferine ve arayüzey süreçlerine atanmıştır. Ayrıca, sıcaklıkla aktive olan süreçleri ortaya çıkaran ve aktivasyon enerjilerinin hesaplanmasına izin veren pillerin empedansının sıcaklığa bağımlılığını araştırıyoruz. Lineer empedans yanıtının yanı sıra, birincil Li pillerden elde edilen doğrusal olmayan yanıtı da araştırıyoruz. Li anodunun pasifleşme derecesini tespit etmek için doğrusal olmayanlığın kullanılabileceğini gösterdik. Ayrıca, farklı Şarj Durumlarında ve sıcaklık değişimi ile doğrusal olmayan tepkiyi de gösteriyoruz. İkinci olarak, birincil Li pillerin voltaj yanıtını modellemede doğrusal empedans verilerini kullanıyoruz. İstenen uygulamalar için birincil Li pillerin voltaj tepkisini tahmin etmek için önceden geliştirilmiş EIS tabanlı Sıfırsız parametre modelleme yaklaşımını uyguluyoruz. Anotta metalik Li kullanmanın bir sonucu olan voltaj gecikmesi olgusunu hesaba katan yöntemi geliştirdik. Aynı modelleme yöntemini, hibrit ikincil Li-ion pil süper kapasitör sistemlerinin gerçek yaşam setari altında voltaj tepkisini tahmin etmek için de kullanıyoruz. Diferansiyel evrim optimizasyon algoritmasını kullanarak paralel olarak bağlı hibrit sistemler arasındaki akım dağılımını ilk önce tahmin etmek için yöntemi geliştiriyoruz. Daha sonra her sistemin doğru empedansı ile voltaj yanıtı tahmin edilir. Modellenen sonuçları, çeşitli hibrit Li-iyon süper kapasitör sistemleri için yüksek doğruluk gösteren deneysel ölçümlerle doğruladık. Son olarak, modellenen sonuçları kullanarak, tepe akımı, güç ve toplam enerji gibi farklı parametrelerde elde edilen kazanımlara dayalı hibridizasyon için tasarım kuralları sunuyoruz. Ayrıca, Li-ion pil süper kapasitör hibrit sisteminin en iyi kombinasyonunun belirlenmesine de katkıda bulunan farklı süper kapasitör kapasiteleriyle hibridizasyonun boyutundaki ve maliyetindeki iyileştirmeler incelenmiştir.