شماره ركورد
34979
پديد آورنده
نگين عرفانيان آرا
عنوان
بررسي قابليت بكارگيري شبكه عصبي در پيش بيني نمودار شارژ-دشارژ كامپوزيت Si-Ni-C
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
فيزيك ماده چگال
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/11/27
استاد راهنما
دكتر محمدرضا زماني ميميان
استاد مشاور
دكتر ذبيح الله ذبيحي لهرمي
دانشكده
فيزيك
چكيده
سيليكون با ظرفيت تئوري mAh/g 4200 به عنوان يك جايگزين مناسب براي گرافيت (mAh/g 372) در آند باتري هاي ليتوم-يوني معرفي شده است كه چالش اساسي آن، تورم حدود %300 طي فرآيند شارژ و دشارژ مي باشد كه اين منجر به كاهش ظرفيت و درنهايت تخريب ساختاري آند مي گردد. يكي از راهكارهاي رفع اين چالش بكار گيري كامپوزيت سليكون با مواد ديگر است. در اين پروژه آند كامپوزيت سيليكون-نيكل-كربن به روش بال ميلينگ معمولي و آند كامپوزيت سيليكون-نيكل-گرافيت به روش بال ميلينگ پر انرژي سنتز شدند و سپس رفتار هاي الكتروشيميايي آن ها توسط آزمون هاي ولتامتري چرخه اي (CV) و شارژ-دشارژ گالوانواستاتيك (GCD) برسي شد كه از نتايج به دست آمده از سنتز بالميلينگ پر انرژي، اولين ظرفيت دشارژ براي آند كامپوزيت با بايندرpvdf حدود mAh/g 1740 با بازدهي كلومبيك %58 و براي بايندر CMC به حدود mAh/g 1500 با بازدهي كلومبيك %78رسيد و پس از بازگشت به چگالي جريان اوليه، آند كامپوزيتي توانست ظرفيت دشارژ حدود mAh/g 680 را حفظ كند كه نشان داد كه اين الكترود نسبت به ساير الكترود ها از ظرفيت و پايداري بسيار خوبي برخوردار است. هدف اصلي اين پژوهش استفاده از دادههاي تجربي حاصل از آزمايشهاي انجامشده در همين مطالعه براي پيشبيني رفتار الكتروشيميايي آند باتري ليتيوم يوني سيستم شامل منحنيهاي ولتامتري چرخهاي (CV) و نمودارهاي شارژ-دشارژ گالوانواستاتيك با بهرهگيري از روشهاي يادگيري ماشين مبتني بر شبكههاي عصبي مصنوعي بود كه با توجه به نتايج به دست آمده، معماري شبكه عصبي با دو لايه پنهان و 50 نورون در هر لايه با ضريب تعيين0.99 ، ميانگين خطاي مطلق 8.35 و جذر ميانگين مربع خطا 17.93 بهترين عملكرد را در پيشبيني منحني ولتامتري چرخهاي نشان داد. همچنين براي پيش بيني منحني هاي شارژ-دشارژ، معماري سه لايه پنهان و 50 نورون در هرلايه با ضريب تعيين0.99 ، ميانگين خطاي مطلق 0.73 و جذر ميانگين مربع خطا 1.17 بهينه بود. خروجي اين مدل ها همپوشاني بسيار مطلوبي بين منحني هاي تجربي و پيش بيني شده در تمامي نواحي نشان داد.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/16
عنوان به انگليسي
Investigating the Applicability of Neural Networks in Predicting the Charge-Discharge Diagram of Si-Ni-C Composite
تاريخ بهره برداري
2/16/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
نگين عرفانيان ارا
چكيده به لاتين
Silicon with a theoretical capacity of 4200 mAh/g has been introduced as a suitable alternative to graphite (372 mAh/g) in the anode of lithium-ion batteries, but its main challenge is the swelling of about 300% during the charging and discharging process, which leads to a reduction in capacity and ultimately structural destruction of the anode. One solution to overcome this challenge is the use of silicon composites with other materials. In this project, silicon-nickel-carbon composite anodes were synthesized by conventional ball milling and silicon-nickel-graphite composite anodes were synthesized by high-energy ball milling. Then, their electrochemical behaviors were investigated by cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge-discharge (GCD) tests. From the results obtained from high-energy ball milling synthesis, the first discharge capacity for the composite anode with PVDF binder was about 1740 mAh/g with a Coulombic efficiency of 58% and for the CMC binder it was about 1500 mAh/g with a Coulombic efficiency of 78%. After returning to the initial current density, the composite anode was able to maintain a discharge capacity of about 680 mAh/g, which showed that this electrode has a very good capacity and stability compared to other electrodes. The main objective of this research was to use the experimental data obtained from the experiments conducted in this study to predict the electrochemical behavior of the lithium-ion battery anode system including cyclic voltammetry (CV) curves and galvanostatic charge-discharge diagrams using machine learning methods based on artificial neural networks. According to the results obtained, the neural network architecture with two hidden layers and 50 neurons in each layer with a coefficient of determination of 0.99, an average absolute error of 8.35, and a root mean square error of 17.93 showed the best performance in predicting the cyclic voltammetry curve. Also, for predicting the charge-discharge curves, the architecture with three hidden layers and 50 neurons in each layer with a coefficient of determination of 0.99, an average absolute error of 0.73, and a root mean square error of 1.17 was optimal. The output of these models showed a very favorable overlap between the experimental and predicted curves in all areas.
كليدواژه هاي فارسي
باتري ليتيوم يوني , آند سيليكوني , كامپوزيت سيليكون-نيكل , شبكه عصبي مصنوعي , بال ميلينگ
كليدواژه هاي لاتين
Lithium-ion battery , Silicon anode , Silicon-nickel composite , Artificial neural network , Ball milling
Author
Negin Erfanian Ara
SuperVisor
Dr. Mohammad Reza Zamani Mimian