Simulating the thermal potential for energy storage in an electric water heater tank

Master's thesis Renewable Energy ENE500 - University of Agder 2018This thesis uses a CFD model of an electric water heater tank(EWHT) to investigate the strati cation in the tank during di erent discharge experiments. Strati cation in a tank happens naturally as hot water rises to the top and cold water sinks to the bottom, due to the di erence in density of the water based on the temperature. The simulation found that for higher discharges the strati cation becomes better and it is possible to extract more hot water from the tank than at lower discharges. Although the simulation built in this study can simulate all operations of the tank separately, it has not been successful to build a model that can simulate all operations in the same study

Electrical characterization of amorphous LiAlO2 thin films deposited by atomic layer deposition

LiAlO2 thin films deposited by atomic layer deposition (ALD) have a potential application as an electrolyte in three-dimensional (3D) all-solid-state microbatteries. In this study, Li-ion conductivity of such films is investigated by both in-plane and cross-plane methods. LiAlO2 thin films with a Li composition of [Li]/([Li] + [Al]) = 0.46 and an amorphous structure were grown by ALD with thicknesses of 90, 160 and 235 nm on different substrates. The electrical characterization was conducted by impedance spectroscopy using inert electrodes over a temperature range of 25-200 degrees C in an inert atmosphere. In-plane conductivities were obtained from films on insulating sapphire substrates, whereas cross-plane conductivities were measured from films on conducting titanium substrates. For the first time, comparison of the in-plane and cross-plane conductivities in these ALD LiAlO2 films has been achieved. More comparable results are obtained using a cross-plane method, whereas in-plane conductivity measurements demonstrate a considerable thickness-dependence with thinner film thickness. The room-temperature conductivity of the LiAlO2 films has been determined to be in the order of 10(-10) S cm(-1) with an activation energy of ca. 0.8 eV.Peer reviewe

5D total scattering computed tomography reveals the full reaction mechanism of a bismuth vanadate lithium ion battery anode

publishedVersio

Pseudo-ternary LiBH4-LiCl-P2S5 system as structurally disordered bulk electrolyte for all-solid-state lithium batteries

The properties of the mixed system LiBH4 LiCl P2S5 are studied with respect to all-solid-state batteries. The studied material undergoes an amorphization upon heating above 601C, accompanied with increased Li+ conductivity beneficial for battery electrolyte applications. The measured ionic conductivity is 10-3 Scm-1 at room temperature with an activation energy of 0.40(2) eV after amorphization. Structural analysis and characterization of the material suggest that BH4 groups and PS4 may belong to the same molecular structure, where Cl ions interplay to accommodate the structural unit. Thanks to its conductivity, ductility and electrochemical stability (up to 5 V, Au vs. Li+/Li), this new electrolyte is successfully tested in battery cells operated with a cathode material (layered TiS2, theo. capacity 239 mAh g-1) and Li anode resulting in 93% capacity retention (10 cycles) and notable cycling stability under the current density 12 mA g-1 (0.05C-rate) at 501C. Further advanced characterisation by means of operando synchrotron X-ray diffraction in transmission mode contributes explicitly to a better understanding of the (de)lithiation processes of solid-state battery electrodes operated at moderate temperatures

Pseudo-ternary LiBH4_{4}–LiCl–P2_{2}S5_{5} system as structurally disordered bulk electrolyte for all-solid-state lithium batteries

The properties of the mixed system LiBH$_{4}$–LiCl–P$_{2}$S$_{5}$ are studied with respect to all-solid-state batteries. The studied material undergoes an amorphization upon heating above 60 °C, accompanied with increased Li$^{+}$ conductivity beneficial for battery electrolyte applications. The measured ionic conductivity is ∼10$^{-3}$ S cm$^{-1}$ at room temperature with an activation energy of 0.40(2) eV after amorphization. Structural analysis and characterization of the material suggest that BH$_{4}$ groups and PS4 may belong to the same molecular structure, where Cl ions interplay to accommodate the structural unit. Thanks to its conductivity, ductility and electrochemical stability (up to 5 V, Au vs. Li$^{+}$/Li), this new electrolyte is successfully tested in battery cells operated with a cathode material (layered TiS$_{2}$, theo. capacity 239 mA h g$^{-1}$) and Li anode resulting in 93% capacity retention (10 cycles) and notable cycling stability under the current density ∼12 mA g$^{-1}$ (0.05C-rate) at 50 °C. Further advanced characterisation by means of operando synchrotron X-ray diffraction in transmission mode contributes explicitly to a better understanding of the (de)lithiation processes of solid-state battery electrodes operated at moderate temperatures

Betydningen av foreldres samlivsbrudd for ungdoms skolekarakterer og utdanningslengde : En longitudinell studie

Bakgrunn I Norge er det mange ungdommer som vokser opp med bare en forelder. De fleste av disse har også opplevd et foreldrebrudd. Flere studier peker på en kobling mellom opplevelsen av foreldrebrudd og lavere skolekarakterer og utdanningslengde. Disse studiene hevder at samlivsbrudd utgjør en økt risiko for ulike internaliserende og eksternaliserende problemer hos barn, deriblant ulike tilpasningsproblemer. De vanligste forholdene å kontrollere for er foreldrenes sosioøkonomiske status og etnisitet. Denne studien har undersøkt om betydningen av familiestruktur i 1992 påvirker karakterer to år seinere, og utdanningslengde 13 år seinere, og hvorvidt atferdsproblemer, rusbruk, depresjon/angst og foreldrenes overvåkning kunne mediere denne relasjonen. Det ble kontrollert for mors og fars sosioøkonomiske status (SØS). Metode Et representativt utvalg, bestående av 11985 norske gutter og jenter, svarte i 1992 på spørsmål om hvilke familiestruktur de lever i og hva slags skolekarakterer de oppnådde. I tillegg svarte de på spørsmål vedrørende depresjon/angst, atferdsproblemer, rusbruk og i hvilken grad foreldrene overvåket dem. I 2005 svarte 2890 av de samme respondentene på spørsmål om mengde fullført utdannelse, men også om deres erfaringer i forhold til depresjon/angst-symptomer, atferdsproblemer og rusbruk. Datainnsamlingen var i regi av undersøkelsen "Ung i Norge", og er foretatt av Norsk institutt for forskning om oppvekst, velferd og aldring. Resultater Det er en sammenheng mellom å leve i en-foreldre-husholdning og å oppnå lavere karakterer, kontrollert for foreldrenes SØS. De fleste ungdommer i en-foreldre-husholdninger har opplevd et foreldrebrudd, og disse ungdommene har også mer depresjon, atferdsproblemer, rusbruk, og blir mindre overvåket av foreldrene sine enn barn med to foreldre. Analyser viser at når disse studievariablene er lagt inn, står det fortsatt igjen en negativ effekt på karakterer og utdanningslengde av å bo med en forelder. Studievariablene tar altså ikke vekk denne effekten. Mors SØS viser seg som den sterkeste prediktoren for ungdoms karakterer. I forhold til utdanningslengde viste den første analysen, hvor fars SØS ble introdusert, at det kun var atferdsproblemer som hadde en unik effekt på utdanningslengde. Når mors SØS var introdusert i analysen, fant vi at depresjon og atferdsproblemer predikerer utdanningslengde, men ikke rusbruk og overvåkning. Konklusjon Studien viser en signifikant sammenheng mellom det å vokse opp med en forelder, som oftest innebærer en opplevelse av foreldrebrudd, og det å oppnå lavere karakterer og kortere utdannelseslengde. Barn i en-foreldre-husholdninger har også mer atferdsproblemer, bruker mer rus, har noe mer depressive tanker og blir mindre overvåket av foreldrene enn barn med to foreldre. Resultatene i forhold til utdanningslengde er variable. Fremtidige studier bør søke alternative mål på familiestruktur for å avdekke en eventuell sammenheng mellom det å vokse opp i alternative familiesammensetninger og lavere skoleprestasjoner. Metodiske aspekter ved studien, og implikasjoner av resultatene, vil bli diskutert. Nøkkelord familiestruktur, foreldrebrudd, karakterer, utdanningslengde, sosioøkonomisk status

Tynne filmer og nanobelter for batterier

Arbeidet i denne masteroppgaven har vært todelt. Del I av oppgaven har omhandlet deponering av litiumholdige materialer med atomlagsdeponering, ALD. Interessen for deponering av litiumholdige materialer med ALD har økt kraftig de siste 5 årene. For å bidra til videre utvikling av dette feltet ble fem metallorganiske komplekser undersøkt med mål om å finne ny(e) litiumforløper(e): - Litium trifluoracetat - Litium diisopropylamid - Litiumacetat - Litiumfluoracetat - Litium trimetylsilanolate Litium trimetylsilanolate, LiTMSO, ble funnet egnet som forløper for deponering av litiumholdige materialer. Forløperen dampet tilstrekkelig ved 165 °C i reaktoren, og dekomponerte ikke før 325 °C. Følgende materialer har i denne oppgaven blitt deponert med LiTMSO som forløper: - Li2CO3 - LixAlyOz - LixSiyOz - LixAlySizO Li2CO3, LixAlyOz og LixSiyOz ble deponert i temperaturvinduet 175 til 300 °C. Time-of-Flight Elastic Recoil Detection Analysis (TOF-ERDA) ble brukt til analyse av kjemisk sammensetning og dybdeprofilering av filmene. LiTMSO som forløper tillot store variasjoner av litiuminnhold avhengig av pulseraten. Dette er nytt i forhold til tidligere rapporterte litiumforløpere. Påvirkningen av pulsesekvens på egenskapene til filmene ble også undersøkt. I del II av denne oppgaven har to faser av MoO3 blitt produsert, α- og β-fasen. Disse to fasene ble produsert både som bulk og tynne filmer. De elektrokjemiske egenskapene til bulk, tynnfilm og nanobelter av MoO3 er blitt karakterisert. Krystallisering av tynne filmer av MoO3 er blitt undersøkt ved hjelp av in situ diffraksjonsstudier. Med det ble en ny standardtemperatur for krystallisering til β-MoO3 satt til 230 °C. Bulk α- og β-MoO3 og nanobelter ble reprodusert i henhold til publisert litteratur. Reproduserbarheten ble blant annet bekreftet med sammenfallende resultater fra elektrokjemisk testing. Videre ble kompetansen på forskningsgruppen med hensyn på syntese av elektrodetape for elektrokjemisk karakterisering utviklet. Denne syntesen brukte n-metyl-2-pyrolidinone (NMP) som løsemiddel og polyvinyliden fluorid (PVDF) som bindemiddel. For MoO3-systemet ga denne nye elektrodetapen bedre resultater enn tidligere oppnådd ved forskningsgruppa. In situ karakterisering av bulk og nanobelter av MoO3 ble gjennomført ved SNBL BM01, ESRF, Grenoble, Frankrike. Fra disse studiene ble det funnet at bulk alpha-MoO3, nanobelter av MoO3 og nitrerte nanobelter av MoO3 blir amorfe i løpet av få sykluser. På tross av dette viser spesielt nitrerte nanobelter MoO3 en overlegen kapasitet de første 300 syklusene

Carbon capture in molten salts : the effect of sulfation

For å oppnå dype kutt i klimagassutslippene fra stasjonære punktkilder som industri og fossil kraftproduksjon, vil karbonfangst og -lagring (CCS) være nødvending. Per i dag er karbonfangst relativt dyrt og ny teknologi kan være løsningen. Karbonfangst i saltmelter (CCMS) er en slik ny karbonfangstteknologi. I CCMS utnyttes den reversible reaksjonen mellom kalsiumoksid (CaO) og karbondioksid (CO2) som danner kalsiumkarbonat (CaCO3). CCMS har vist svært gode egenskaper for karbonfangst med simulerte røykgasser på labskala, men før en eventuell oppskalering må flere elementer fra reelle avgasser studeres. I denne oppgaven rettes fokuset mot svoveldioksid (SO2), samt at oksygen (O2) er tilstede i avgassen. I denne masteroppgaven er det gjennomført forsøk for å undersøke indirekte sulfatering av CaO og direkte sulfatering CaCO3 i en eutektisk blanding av kalsiumklorid (CaCl2) og kalsiumfluorid (CaF2). Avgassen inneholdt 0,5% SO2 og 3% O2. I tillegg er karbonfangst med forskjellige mengder SO2 i avgassen opp mot 0,5% utført. Innholdet i avgassen ut av smelten ble målt med FTIR. Hypotesen var at indirekte og direkte sulfatering ville forekomme, og at SO2 vil hemme karbonfangst. Dette fordi reaksjonene mellom SO2 og CaO/CaCO3 er termodynamisk favorisert over karbonering av CaO. Resultatene tilsier at både direkte og indirekte sulfatering forekommer, samt at karbonfangst blir hemmet etter nivå av SO2 i avgassen. Under blindforsøk uten sorbent og uten salt ble lavere SO2-nivåer enn forventet målt ut av reaktoren. Dette tyder på reaktivitet mellom SO2 og konstruksjonsmaterialene for reaktoren. Det er i tillegg funnet konkrete indikasjoner på at aktivitetskoeffisienten til CaO i CCMS er høyere enn i fast fase. Under antagelsen om at aktivitetskoeffisienten til CaCO3 er 1 vil koeffisienten til CaO være omtrent 5, det er dog stor usikkerhet knyttet til dette. Til videre arbeid er det interessant å undersøke hvordan CCMS håndterer en reell avgass eller om CCMS kan brukes til karbonfangst direkte fra luft.In order to achieve deep cuts in greenhouse gas emissions from stationary point sources such as industry and fossil power generation, carbon capture and storage (CCS) will be a necessity. As oftoday, CCS is relatively expensive and newtechnology could be a solution. Carbon Capture in Molten Salts (CCMS) is such a new technology. In CCMS, the reversible reaction between calcium oxide (CaO) and carbon dioxide (CO2) that forms calcium carbonate (CaCO3) is utilized. CCMS has demonstrated promising properties for carbon capture with simulated flue gases on the lab scale, but before scaling up, several elements from real flue gases must be studied. In this thesis, the focus is on sulfur dioxide (SO2), oxygen (O2) is also present in the flue gas. In this master thesis, experiments have been conducted to investigate indirect sulfation of CaO and direct sulfation of CaCO3 in an eutectic mixture of calcium chloride (CaCl2) and calcium fluoride (CaF2). The flue gases contained 0.5% SO2 and 3% O2. In addition, carbon capture with levels of SO2 up to 0.5% has been performed. The content of the exhaust gas from the melt was analyzed by FTIR. The hypothesis was that indirect and direct sulfation would occur and that SO2 would inhibit carbon capture. This is because the reactions between SO2 and CaO/CaCO3 are thermodynamically favoured over carbonation of CaO. The results indicate that both direct and indirect sulfation occurs and that carbon capture is inhibited in accordance with the level of SO2 in the flue gas. In experiments without sorbent and without salt, the SO2 level measured was lower than expected. This might be due to reactivity between SO2 and the structural materials in the reactor. In addition, concrete indications have been found that the activity coefficient of CaO in CCMS is higher than in the solid phase. Under the assumption that the activity coefficient of CaCO3 is 1, the coefficient of CaO will be about 5, however, there is great uncertainty attached to this. In further work, it would be interesting to investigate how CCMS handles a real exhaust gas or whether CCMS can be used for carbon capture directly from air.submittedVersionM-M

Crystallization, Phase Stability, and Electrochemical Performance of β-MoO3 Thin Films

Insight into the crystallization process of functional materials deposited as thin films in an amorphous state is essential when phase pure samples of specific polymorphs are sought for utilization of performance aspects or fundamental studies. In this work, we report on controlled crystallization of α- and β-MoO3 polymorphs from amorphous MoO3 thin films produced by atomic layer deposition (ALD). The MoO3 films are amorphous as deposited. Our experiments show that β-MoO3 starts to crystallize from amorphous MoO3 at a surprisingly low temperature of 185 °C, only 20 °C above the adopted ALD deposition temperature. Thin films of the β-MoO3 polymorph start to slowly convert into α-MoO3 at temperatures above 300 °C; however, long holding times are required to obtain phase pure products. High-quality thin film samples (electrodes) were characterized by electrochemical cycling toward lithium, demonstrating that α- and β-MoO3 transfers into the same chemical state during cycling and that amorphous MoO3 undergoes less change upon cycling.publishedVersio

Pikerfoss Minikraftverk

Prosjektering av minikraftverk ved Pikerfoss. Lav fallhøyde og vannføring gjør at tradisjonelle løsninger ikke er lønnsomt