Multi-scale modelling of supercapacitors: A combined simulation and machine learning approach
Süper kapasitörlerin çok ölçekli modellenmesi: Moleküler simülasyon ve veri tabanlı tasarım
- Tez No: 730942
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BETÜL URALCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kondansatör, Modelleme, Moleküler dinamik benzetimi, Capacitor, Modelling, Molecular dynamic simulation
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektrikli çift katmanlı kapasitörler (EDLC'ler) elektrolit ve yüksek yüzey alanlı elektrot arasındaki arayüzde iyonların tersinir adsorpsiyon/desorpsiyonu yoluyla enerjiyi depolar ve serbest bırakır. EDLC'ler üzerinde yapılan araştırmaların ana odağı mevcut güç yoğunluğunu ve işlem ömrünü korurken enerji yoğunluğunu artırmaya yöneliktir. EDLC performansı, bileşenlerinin özelliklerinin yanı sıra bunların arasındaki etkileşimlerden de etkilenen karmaşık bir sisteme bağlıdır. Bu parametreler ve kombinasyonlarından oluşan olasılıklar deneysel yöntemleri ya da simulasyonları optimizasyon için yetersiz ve etkisiz kılmaktadır. Bunu çözmek için, bir dizi oda sıcaklığında iyonik sıvı ve nanogözenekli karbon bazlı EDLC'ler için moleküler simulasyon verileri oluşturuldu. Bir iletim hattı modeli kullanarak EDLC'lerin şarj kinetiğini ve denge davranışını analiz ederek enerji yoğunluğunu ve karakteristik şarj/boşalım süresini elektrot gözenek boyutu ve elektrolit özelliklerinin fonksiyonu olarak tahmin edebilecek modeller oluşturuldu. Lineer regresyon, ridge regresyon, elastik ağlar, lasso regresyon ve yapay sinir ağları kullanarak ağırlıksal kapasitans, şarj süresi, hacimsel kapasitans ve direnç tahminleri yapıldı. Elastik ağ modeli sırasıyla 3,10 F/g, 0,15 s, 1,09 F/cm^3 ve 0,54 Ohm m'lik bir kök ortalama kare hatalarıyla en iyi performansı verdi. Bu model performans ölçütlerinin elektrot gözenek boyutuna ve elektrolit bileşimine bağımlılığını gösteren ve seçilen performans kriteriyle EDLC'lerin tasarlanabileceği aralıkları gösteren tasarım haritaları oluşturmak için kullanıldı. Bu çalışma, diğer faktörlerin de performans parametreleri üzerlerindeki etkilerini gözlemlemek için genişletilebilir.
Özet (Çeviri)
Electrical double layer capacitors (EDLCs) store and release energy via reversible adsorption/desorption of ions at the electrode–electrolyte interface. Research on EDLCs mainly focus on improving their energy density while maintaining their attractive properties such as high power density and long cycle life. EDLC performance is a complex function of the properties of its components, as well as the interactions between them. Given the large number of parameter combinations make traditional experiments remain infeasible for parameter optimization. To address this problem, we use molecular dynamics simulation data for a set of room temperature ionic liquid/nanoporous carbon based EDLCs. By analyzing the charging kinetics and equilibrium behavior of EDLCs using a transmission line model, we construct a simple data-driven method that is capable of quantitatively predicting energy density and time-dependent charging profile as a function of electrode micropore size and electrolyte composition. In particular, linear and ridge regression, elastic networks, lasso, and neural network models are trained to predict gravimetric capacitance, charging time, volumetric capacitance, and electrical resistance. The elastic network model yields the best performance with a root mean square error of 3.10 F/g, 0.15 s, 1.09 F/cm^3, and 0.54 Ohm m respectively. This model is then used to construct diagrams that show the dependence of the above-mentioned performance metrics to electrode pore size and electrolyte composition, and allow designing EDLCs with a set of predetermined performance criteria. This work can be extended to provide a framework that can quantify the effect of key factors on the EDLC performance.
Benzer Tezler
- Çoklu amaçların çözümlemesinde amaç programlaması ile genelleştirilmiş ters yaklaşımı ve yem sanayiinde bir uygulama
Goal programming and generalieed inverse approaches in the multi-objective analysis and application in feed industry
HASAN BAL
- Oditoryumlarda akustik önlemler ve çoklu kullanım
Accoustical precautions and milti purpose usage of auditorums
ÇİĞDEM YÜCEL
- Toprak ve tarım reformu uygulamasında öncelikli köylerin tesbitine ilişkin bir yöntem uygulaması
Başlık çevirisi yok
SABİR ATASEVER
- Kalkınmada öncelikli yörelerde görev yapan vali-kaymakam il ve ilçe Milli Eğitim Gençlik ve Spor Müdürlerinin ilköğretim yönetiminde karşılaştıkları güçlükler
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA YALÇINKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Eğitim ve ÖğretimGazi ÜniversitesiEğitim Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL ATAMAN
- Çok bileşenli distilasyon sistemlerinin optimal dizilişinin sentezi
Synthesis of optimum sequencing of multicomponent distillatron systems
İRFAN AR
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
KimyaGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET BİÇER