Lithium-ion battery performance and degradation in stationary energy storage
Tid: Fr 2024-11-22 kl 10.00
Plats: K1, Teknikringen 56, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_-cR6rkTsSxSNmP2GKyugCg
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemiteknik
Respondent: Mathilda Ohrelius , Tillämpad elektrokemi
Opponent: Associate Professor Daniel Stroe, Aalborg Universitet, Danmark
Handledare: Professor Göran Lindbergh, Tillämpad elektrokemi; Professor Rakel Wreland Lindström, Tillämpad elektrokemi
QC 20241023
Abstract
Elektrifiering är vår mest lovande lösning för att skapa ett hållbart energisystem och minska vårt beroende av fossila bränslen. Ett välbalanserat elnät är ryggraden i det elektrifierade samhället, med elproduktion från förnybara energikällor som laddar våra fordon, industrier och elektronik. Litiumjonbatterier är en viktig teknik för både stationär och mobil energilagring och optimal användning bör noga utvärderas. Prestationsförlust på grund av olika åldringsmekanismer är ett välkänt problem med litiumjonbatterier. Det är även utmaningen med att upptäcka och karakterisera dessa mekanismer, samt deras bidrag till prestationsförlusten. I denna avhandling studeras batteriers tillämpning i batterilagringssystem(BESS). Forskningsfrågorna inkluderar möjliga elnätsapplikationer, metoder för att utvärdera batterihälsa (SOH), samt mekanismerna som orsaker kapacitets- och effektförlust. Fysikbaserad modellering i kombination med elektrokemiska metoder tillämpas, och resultaten utvärderas för att bättre förstå batteriåldringen och dess konsekvenser.
Frekvensreglering, kapning av effekttoppar, samt en kombinerad tillämpning studeras, för att utvärdera batteriprestation och stressfaktorer för åldring. Rekommendationer för batteritillämpning och styrning utformas. Batterier med under 65% av den initiala kapaciteten kvar tillämpas även framgångsrikt i en ”andra-applikation”, men utvärderingen av SOH med traditionella metoder visas vara otillräcklig. Genom att uppdatera elektrokemiska parametrar i en fysikbaserad modell, mot data från de åldrade cellerna, identifieras källor till prestationsförlusterna. Denna metod blir vidare utvecklad då elektrokemisk impedansspektroskopi används för parameteruppskattning. Batteriåldring kopplad till elektrolytkonsumtion identifieras som en betydande faktor. Det gör även åldring som leder till ojämn strömfördelning i elektroderna och en förbättrad metod för utvärdering av SOH utifrån dessa faktorer presenteras. Med denna utvecklade förståelse för batteriåldring och in situ metoder för att kvantitativ utvärdering, kan batterier tillämpas smartare och livslängden förlängas.