Litij-polimer galvanski članci: elektrokemijska svojstva i degradacija

diplomski rad

• Naslov (engleski): Li-polymer batteries: electrochemical properties and degradation
• Autor: Ivan Petric
• Mentor: Zoran Mandić (mentor)
• Član povjerenstva: Zoran Mandić (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Vladimir Dananić (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Igor Sutlović (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije; Zagreb
• Datum i država obrane: 2021-09-29, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Kemijsko inženjerstvo

Sažetak

U ovom radu testiran je litij-polimer galvanski članak, komercijalni članak LP402030 / 190 mAh. Za testiranje korištene su elektrokemijske metode. Stanje članka se određivalo na početku, kada je članak nov, te nakon degradacije. Također, pratilo se stanje napunjenosti (SoC) članka te stanje zdravlja (SoH). Glavni cilj rada je ukazati na karakteristike članka, ali i promjene tih karakteristika koje se javljaju zbog degradacije. Također, cilj je otkriti koji su uzroci degradacijskih procesa u članku. Elektrokemijske metode koje su korištene se elektrokemijska impedancijska spektroskopija, punjenje i pražnjenje članka konstantnom strujom, a iz toga konstrukcija Ragoneovih dijagrama te kulometrija visoke preciznosti. Sve tri metode su korištene na novoj bateriji te nakon prve degradacije, dok je elektrokemijska impedancijska spektroskopija korištena i nakon druge degradacije. Razlike u spektrima dobivenima elektrokemijskom impedancijskom spektroskopijom se vide u pomacima impedancijskih spektara, Ragoneovi dijagrami pokazuju da dolazi do smanjenja energija nakon degradacije, a kulometrija visoke preciznosti pokazuje da se kulonska učinkovitost smanjila nakon degradacije. Na kraju se impedancijski spektri modeliraju ekvivalentnim električnim krugom koji daju sličan odziv kao i eksperimentalni rezultati. Ekvivalentni krugovi najbolje opisuju fizikalno-kemijske procese koji se odvijaju u članku. Najčešći uzroci degradacije su formiranje SEI sloja te njegovo podebljanje, otpor difuziji iona te procesi povezani s kinetikom elektrona. Svi ti procesi su neizbježni. Stanje zdravlja članka pada s porastom stupnja degradacije, a s degradiranjem dolazi i do smanjenja životnog vijeka galvanskog članka.

Sažetak (engleski)

In this work, a lithium-polymer galvanic cell, commercial cell LP402030 / 190 mAh, was tested. Electrochemical methods were used for the testing. The state of the cell was tested at the beginning, when the cell is previously unused, and after degradation. The state of charge (SoC) and the state of health (SoH) were also monitored. The main goal of the thesis was to identify the degradation processes which take place during continuous cycling of the cell. The electrochemical methods used were electrochemical impedance spectroscopy, charging and discharging of the cell with constant current, and from that the construction of Ragone plots and high precision coulometry. All three methods were used on the new, previously unused battery and after the first degradation, while electrochemical impedance spectroscopy was used after the second degradation. Differences in spectra obtained by electrochemical impedance spectroscopy were manifested as shifts of the impedance spectra on the x-axis, Ragone plot shows that there was a decrease in energy after degradation, and high-precision coulometry shows that Coulombic efficiency decreases after degradation. Finally, the impedance spectra were modeled by an equivalent electrical circuit that gave a similar response to the experimental results. The most common causes of degradation are the formation of the SEI layer and its thickening, ion diffusion resistance, and processes related to the kinetics of charge transfer. The state of health of the cell decreases with increasing degree of degradation, and with degradation there is a decrease in the lifespan of the galvanic cell.

• Ključne riječi: litij-polimer galvanski članak; elektrokemijska impedancijska spektroskopija; Ragoneov dijagram; kulonska učinkovitost; stanje napunjenosti; degradacija; SEI sloj
• Ključne riječi (engleski): lithium-polymer galvanic cell; electrochemical impedance spectroscopy; Ragone plot; Coulombic efficiency; state of charge; degradation; SEI layer
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:230196
• Studijski program: Naziv: Primijenjena kemija; smjerovi: Kemija u zaštiti okoliša i izvori energije, Specifični materijali i napredne tehnologije, Primijenjena organska kemija; Smjer: Specifični materijali i napredne tehnologije; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra primijenjene kemije (mag. appl. chem.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Pristup korisnicima matične ustanove
• Datum i vrijeme pohrane: 2023-04-20 13:27:25