Det överhängande behovet av att minska utsläppen av växthusgaser för att uppfylla Parisavtalet har väckt ett ökat intresse för elektrifiering som en strategi för att mildra klimatförändringarna. Litiumjonbatterier spelar en central roll vid elektrifiering och har framträtt som det primära alternativet för batteridrivna elfordon. Batteriernas livstidsprestanda är dock en avgörande faktor för att bestämma deras kostnad och miljömässiga hållbarhet. Även om snabbladdning är ett gångbart alternativ för de kunder som vill maximera drifttiden så leder laddning vid höga strömmar till förhöjd åldring genom nedbrytning av elektrodmaterialet och elektrolyten. Nyligen genomförda studier har visat att pulsade laddningscykler kan förlänga livslängden för litiumjonbatterier. Mot bakgrund av detta har denna studie genomförts för att undersöka effekterna av pulsad laddning på bibehållande av kapacitet samt inre motstånd hos litiumjonbatterier. Cylindriska NMC-celler har cyklats med laddningsprofilen PPC-CV (Positive Pulsed Current-Constant Voltage) och deras prestanda har jämförts med motsvarande hos konventionell konstant ström-konstant spänning-laddning (CC-CV). En ny metod utvecklades och implementerades för att utföra en pulsad laddningsprofil inom ett definierat SoC-fönster (State-of-Charge). Testobjekten cyklades kontinuerligt under intervaller om 4 veckor med avbrott för standardiserade referensprestandatester (RPT) för att beräkna standardkapaciteten och det inre motståndet. Därutöver utfördes inkrementell kapacitetsanalys (ICA) och elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) för att utöka analysen. Enligt resultat visar de celler som cyklats med PPC-CV-profilen liknande eller något minskad kapacitetsminskning samt en lägre ökning av internt motstånd efter ungefär 700 ekvivalenta cykler. 0,01-Hz PPC-CV-profilen uppvisade en kapacitetsminskning på 3,65%, 1-Hz PPC-CV-profilen en på 3,75%, 100-Hz PPC-CV- profilen en på 4,06% och CC-CV-profilen en på 4,05%. De interna resistanserna förblev lägre än BOL-mätningarna i PPC-CV-testfallen, medan CC-CV-läget visar en snabbare ökning av internt motstånd. Batteriets hälsotillstånd (SoH) hade dock bara nått 95% under denna testfas, vilket innebär att ytterligare studier krävs för att dra definitiva slutsatser om pulsladdningens effekt på batteriets livslängd. För att ytterligare förstå effekten av pulsade laddningsprofiler på livslängden hos litiumjonbatterier kan textmatrisen utökas till ett bredare spektrum av testförhållanden, såsom temperatur, strömamplitud, arbetscykel och SoC-fönster. / The urgent need to reduce greenhouse gas emissions in order to comply with the Paris Agreement has sparked an increased interest in electrification as a strategy to mitigate climate change. Li-ion batteries play a crucial role in electrification, and have emerged as the primary option for battery electric vehicles. However, their lifetime performance is a critical factor in determining their cost and environmental sustainability. Although fast charging presents a viable option for customers wishing to maximize operational time, charging at high currents accelerate aging through degradation of the electrode material and the electrolyte. Recent studies have found that pulse charging protocols can extend the cycle life of Li-ion batteries. In light of this, this study has been conducted to investigate the effects of pulse charging on the capacity retention and internal resistance of Li-ion batteries. Prismatic NMC Li-ion battery cells were cycled using the Positive Pulsed Current-Constant Voltage (PPC-CV) charging mode, and their performance has been compared to that of conventional Constant Current-Constant Voltage (CC-CV) charging. A novel method was developed and implemented to execute a pulse charging profile within a defined State-of-Charge (SoC) window. The test objects were continuously cycled over intervals of 4 weeks with interruptions for standardized Reference Performance Tests (RPTs) to calculate the stan- dard capacity and internal resistance. In addition, Incremental Capacity Analysis (ICA) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) were performed to ex- tend the analysis. According to results, cells cycled using the PPC-CV mode show similar or slightly reduced capacity fade and a lower increase in internal resistance after roughly 700 equivalent cycles. The 0.01-Hz PPC-CV mode exhibited a capacity fade of 3.65%, the 1-Hz PPC-CV mode 3.75%, the 100-Hz PPC-CV mode 4.06% and the CC-CV mode 4.05%. Internal resistances remained lower than the beginning of life measurements in the PPC-CV test cases, while the CC-CV mode shows a quicker increase in internal resistance. However, the battery State-of-Health (SoH) had only reached 95% during this testing phase, requiring further study to draw definitive conclusions regarding the impact of pulse charging on battery life performance. To further understand the impact of pulsed charging modes on Li-ion battery life performance, the text matrix may be extended to incorporate a broader range of test conditions, such as temperature, current amplitude, duty cycle and State-of-Charge (SoC) window.

Element Materials Technology in Linköping is an independent material testing company that performs testing of materials to several big sectors, such as the Swedish Armed Forces and the aerospace industry. There is of great importance to characterize aging of materials to ensure material performance. Element Materials Technology recently invested in a handheld FTIR equipment and it was of interest to see if this equipment might be an additional analysis technique to characterize aging of rubber materials. A nitrile butadiene rubber and two natural rubbers were thermally aged in 50°C and 70°C for six weeks. The hardness of the rubbers increased when the rubbers were thermally aged. The compression set decreased for the aged samples as well as the tensile strength and the elongation at break. An investigation of possible methods for collecting migrated additives on the rubber surface was performed, using two different solvents and a stationary FTIR equipment. More research needs to be performed to exclude the possibility that the solvents affect the material. Universal Attenuated Total Reflectance – Fourier Transform Infrared Spectroscopy, UATR-FTIR onto the rubber surface showed in some cases changes in the spectrums between unaged and aged samples. However, it could not be concluded weather the changes occurred due to migrating additives or due to changes in the backbone polymer. Four interfaces to the handheld FTIR equipment were investigated and an ATR interface gave best results. An analysis method was developed for the handheld FTIR equipment and the spectrums from the handheld FTIR were similar to spectrums from UATR-FTIR (stationary). It could be concluded from Micro Chamber analysis that volatile organic matters were emitted at elevated temperature. Thermogravimetric analysis could detect the relative composition of the rubbers. Further it could be concluded that the mechanical properties were affected by the thermal treatment. This study could however not establish a correlation between FTIR signals and the results seen from the other analysis. The fact that differences could be detected in the FTIR spectrums before and after aging could indicate that the FTIR analysis technique can possibly be used as an analysis method. However, a more thoroughly investigation needs to be performed before using this technique. / Element Materials Technology i Linköping utför materialutredningar åt en mängd olika typer av företag, där en stor sektor är den svenska Försvarsmakten och flygindustrin. Materialutredningar är essentiella för att säkerställa att rätt material används för rätt applikation. Element Materials Technology investerade nyligen i en handhållen FTIR utrustning. Det finns förhoppningar om att den nya utrustningen kan användas som ett komplement för att ålderskarakterisera gummimaterial. Ett nitril-butadien-gummi och två stycken naturgummin var termiskt åldrade i 50°C och 70°C i sex veckor. Hårdheten på provkroppar ökade efter den termiska åldringen. Sättningen, draghållfastheten och töjningen minskade för proverna åldrade i värme. En metod för att samla upp migrerade additiv från gummiytan utvecklades och undersöktes, genom att använda två olika lösningsmedel och en stationär FTIR utrustning. Ytterligare utredningar behöver däremot genomföras för att utesluta ifall de två lösningsmedel påverkar gummimaterialet och inte bara samlar upp additiv från gummiytan. UATR-FTIR visade på skillnader i spektrum mellan icke-åldrade och åldrade gummimaterial. Däremot kunde det inte avgöras om skillnaderna i spektrumen berodde på migration av additiv till gummiytan eller på förändring i huvudpolymeren. Fyra stycken olika tillbehör till den handhållna FTIR utrustningen prövades, där ATR-tillbehöret gav bra spektrum. En analyseringsmetod utvecklades för den handhållna FTIR-utrustningen och spektrum från dessa analyser gav liknande spektrum som spektrum från UATR-FTIR (stationär). Analys med Micro Chamber visade att flyktiga organiska ämnen lämnade gummimaterialet vid förhöjd temperatur. Termogravimetrisk analys, TGA visade förhållandet mellan gummimaterialets komponenter både före och efter åldring. Studien visade också att de mekaniska egenskaperna påverkades av den termiska åldringen. Analysmetoden FTIR kunde detekterad skillnad i spektrum före och efter åldring av gummimaterialen. Studien kunde däremot inte etablera ett samband mellan dessa FTIR-signaler och de övriga analysresultaten. Det kan däremot inte uteslutas att ett sådant samband finns. Ytterligare studier behöver utföras för att undersöka detta.

Sjöfarten är idag dominerad av förbränningsmotorer som är beroende av fossila drivmedel. Elektrifiering är en av huvudstrategierna för att möjliggöra fossilfri energiförsörjning inom internationell sjöfart. Polymerelektrolytbränslecellen (PEMFC) omvandlar vätgas till elektricitet med hög verkningsgrad och är för närvarande kommersiellt tillgängligt upp till MW-skala för ett fartyg. Vätgas är en utmärkt energibärare för att tillgodose hög energidensitet hos ett fraktfartyg. Rippelströmmar från elkraftskomponenter påstås accelerera åldring av materialen i PEMFC och kan därför skapa negativa effekter över tid som påverkar livslängden av systemet.  De tillgängliga studier som utvärderar rippelströmmars påverkan på åldring i PEMFC är begränsade. Resultaten i dessa studier är tvetydiga och saknar tydliga kopplingar mellan rippelströmmarnas inverkan på åldringsfenomen, som på sikt kan påverka den tekniska livslängden. Målet med examensarbetet var att identifiera effekten av rippelströmmar på åldring av bränslecellen vid typiska körförhållanden för ett fraktfartyg. Tester genomfördes på en PEMFC genom att applicera en sinusformad (70 Hz, 50 % amplitud) rippelström på en dynamisk last som simulerar ett fraktfartyg. En konstant lastcykling vid 0.4 A/cm2 utfördes som ett komplement för att verifiera den dynamiska lastens inverkan på bränslecellen.  Alla tester resulterade i prestandaförluster både under den konstanta och dynamiska lasten, med eller utan rippelström. Men resultaten indikerade att effekten av en sinusformad rippelström inte orsakade någon signifikant åldring varken vid konstant respektive dynamisk lastcykel. / The marine shipping industry is dominated by fossil fuel driven propulsion. Electrification of marine vessels is one of the main strategies to enable emission-free propulsion. Hydrogen is an excellent energy carrier to meet the power demand of a marine vessel. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) is a commercially available alternative for converting hydrogen into electricity. However, durability issues of the PEMFC is a constraint with the technology which limits technical lifetime. Research around ripple currents impact on degradation of PEMFC is scarce and the reported results are ambiguous and lack clear correlation between the effects of the ripple current on the lifetime of a PEMFC. This master thesis evaluates the impact on degradation of a single cell PEMFC by imposing a sinusoidal (70 Hz, 50 % amplitude) AC ripple to a dynamic load cycle. The dynamic load cycle is designed to simulate typical operating conditions of a marine vessel. Constant load cycling at 0.4 A/cm2 with the same ripple characteristics was also conducted to verify the dynamic load cycling impact on the performance losses of the PEMFC. The in-situ characterization showed performance losses both during the dynamic and constant load cycling, for the ripple current and reference tests. To conclude, no significant effects on degradation by the sinusoidal ripple current of 70 Hz and 50% amplitude is found when applied to a single cell PEMFC despite of performance losses for all cases.

Skaljackor är ett praktiskt plagg för att reglera komforten för användaren. Detta gör de genom att skaltyger kan hålla vind och väta ute samtidigt som de är genomsläppliga för vattenånga. Det är känt att funktionaliteten i skaltyger försämras med tiden men det finns fortfarande en osäkerhet om hur olika åldringsfaktorer påverkar den. Det arbete som denna rapport redovisar har utsatt fem olika tyger för mekanisk nötning och UV-exponering för att ta reda på dess påverkan på skaltygets funktionalitet. Arbetet har gjorts i syfte att öka kompetensen om hur skaltyger åldras för att kunna utveckla mer hållbara skaljackor i framtiden. Åldringen via mekanisk nötning genomfördes med 30 000 cykler tyg mot tyg i en Martindale M235 Abrasion tester. Åldring med UV-ljus genomfördes under 250h enligt ISO 105-B04:1994 i väderkammare. Därefter testades de åldrade tygerna i vattentäthet, vattenavvisning, andningsförmåga och luftgenomsläpplighet. Testerna utvärderades på icke åldrat tyg samt åldrat tyg. Resultatet visar att både UV och mekanisk nötning har en tydlig påverkan på skaltygernas funktionalitet. Det krävs dock vidare forskning för att undersöka åldringsgrad och hur de påverkar varandra. / Shell jackets are a practical garment for regulating user comfort. This is due to the fabric that keep wind and water out while still allowing moisture vapor to permeate. It is known that the functionality of the fabrics deterioate over time, but there is still an uncertainty about the impact of various aging factors. The work presented in this report subjected five different shell fabrics to abrasion and UV exposure to determine their impact on the functionality. This was done with the aim of increasing knowledge about the aging of shell fabrics in order to develop more sustainable shell jackets in the future. Aging was performed through 30 000 cycles of fabric-to-fabric abrasion using a Martindale M235 Abrasion tester, and for 250h of UV-exposure in a weather chamber according to ISO 105-B04:1994. Subsequently the aged fabrics were tested for water penetration resistance, water repellency, breathability and air permeability. The tests were evaluated on new fabrics and aged fabrics. The results indicate that both UV and abrasion have an impact on the funtionality of shell fabrics. However,further research is required to investigate the degree of aging and how they mutually affect each other. / <p>Betygsdatum 2023-06-07</p>

Lithium-ion batteries are a possible choice for the energy storage system onboard hybrid electric vehicles and low-earth-orbit satellites, but lifetime performance remains an issue. The challenge is to diagnose the effects of ageing and then investigate the dependence of the magnitude of the deterioration on different accelerating factors (e.g. state-of-charge (SOC), depth-of-discharge (DOD) and temperature). Lifetime studies were undertaken incorporating different accelerating factors for two different applications: (1) coin cells with a LixNi0.8Co0.15Al0.05O2-based positive electrode were studied with a EUCAR power-assist HEV cycle, and (2) laminated commercial cells with a LixMn2O4-based positive electrode were studied with a low-earth-orbit (LEO) satellite cycle. Cells were disassembled and the electrochemical performance of harvested electrodes measured with two- and three-electrode cells. The LixNi0.8Co0.15Al0.05O2-based electrode impedance results were interpreted with a physically-based three-electrode model incorporating justifiable effects of ageing. The performance degradation of the cells with nickelate chemistry was independent of the cycling condition or target SOC, but strongly dependent on the temperature. The positive electrode was identified as the main source of impedance increase, with surface films having a composition that was independent of the target SOC, but with more of the same species present at higher temperatures. Furthermore, impedance results were shown to be highly dependent on both the electrode SOC during the measurement and the pressure applied to the electrode surface. An ageing hypothesis incorporating a resistive layer on the current collector and a local contact resistance (dependent on SOC) between the carbon and active material, both possibly leading to particle isolation, was found to be adequate in fitting the harvested aged electrode impedance data. The performance degradation of the cells with manganese chemistry was accelerated by both higher temperatures and larger DODs. The impedance increase was small, manifested in a SOC-dependent increase of the high-frequency semicircle and a noticeable increase of the high-frequency real axis intercept. The positive electrode had a larger decrease in capacity and increase in the magnitude of the high-frequency semi-circle (particularly at high intercalated lithium-ion concentrations) in comparison with the negative electrode. This SOC-dependent change was associated with cells cycled for either extended periods of time or at higher temperatures with a large DOD. An observed change of the cycling behaviour in the second potential plateau for the LixMn2O4-based electrode provided a possible kinetic-based explanation for the change of the high-frequency semi-circle. / Litiumjonbatteriet är en möjlig kandidat för energilagring i hybridfordon och i satelliter i låg omloppsbana, men än så länge är livslängden på batterierna ett problem. Utmaningen ligger i att kunna förstå hur batteriet åldras genom att utforska hur åldringsprocessen accelereras av faktorer som laddningstillstånd, urladdningsdjup och temperatur. Livslängdsstudier för två olika typer av batterier tänkta för olika applikationer utfördes: (1) knappceller med positiva LixNi0,8Co0,15Al0,05O2-baserade elektroder studerades med en effektstödd (power-assist) hybridcykel från EUCAR, och (2) laminerade kommersiella celler med positiva LixMn2O4-baserade elektroder studerades med en satellitcykel, avsedd för en satellit med låg omloppsbana. Cellerna öppnades och de uttagna elektrodernas elektrokemiska egenskaper utvärderades i två- och tre-elektroduppställningar. Resultaten från elektrokemiska impedansmätningar för den positiva LixNi0,8Co0,15Al0,05O2-baserade elektroden tolkades med hjälp av en fysikalisk tre-elektrod modell som tog hänsyn till de i litteraturen främst föreslagna effekterna av åldring. Prestandadegraderingen av celler med nickelkemi var oberoende av cykel och laddningstillståndet där åldringen skedde, men starkt beroende av temperaturen. Den positiva elektroden visade sig vara den största orsaken till impedansökningen i batteriet. Ytfilmerna på den positiva elektroden hade en sammansättning som var oberoende av laddningstillståndet men beroende av temperaturen. Impedansresultaten från de uttagna elektroderna var starkt beroende av både laddningstillstånd och yttre tryck på elektrodytan. Det visade sig att det var tillräckligt att ta hänsyn till ett resistivt skikt på strömtilledaren och en lokal kontaktresistans mellan kolet och det aktiva materialet (som är beroende av laddningstillståndet) för att anpassa modellen till impedansdata mätt på de uttagna elektroderna. Prestandadegraderingen av celler med mangankemi påskyndades av både högre temperaturer och högre urladdningsdjup. Impedansen ökade något, då både högfrekvenshalvcirkeln och högfrekvensintercepten ändrades. Positiva elektroden hade en större degradering i kapaciteten och en större ökning i magnituden av högfrekvenshalvcirkeln (speciellt vid högre litiumjon koncentrationer i elektroden) jämfört med den negativa elektroden. Denna laddningstillståndsberoende impedans-ökning var kopplad till celler som hade cyklats under en längre tid eller vid en högre temperatur och med ett högt urladdningsdjup. Ökningen i magnituden av högfrekvenshalvcirkeln skulle kunna vara relaterad till kinetiska begränsningar eftersom cyklingsbeteendet vid andra spänningsplatån ändrades samtidigt för de LixMn2O4-baserade elektroderna. / QC 20100621

Rapporten baseras på en litteratur- och intervjustudie kring underhållsstrategier och komponentutbyten i kärnkraftverk, med fokus på komponenter som tenderar till att påverkas av åldring i en högre grad. Exemplifiering sker genom en kompletterande fallstudie kring kabel- och rörgenomföringar av typen Brattbergare som har packbitar bestående av ett polymert material. Erhållet resultat av litteratur- och intervjustudien belyser vilka säkerhetsföreskrifter som råder för all kärnteknisk verksamhet i Sverige. Utöver det erhålls information om hur åldring påverkar ett materials egenskaper över tid och att detta ligger till grund för fastställandet av ett system eller en komponents kvalificerade livslängd. I takt med att majoriteten av världens kärnkraftverk närmar sig sin ursprungligt tilltänkta livslängd och planeras underhållas för fortsatt långtidsdrift finns det ett ökat intresse för effektiva underhållsstrategier. Åldershanteringen har en avgörande roll för anläggningens lönsamhet och driftsäkerhet. Fallstudien föreslår två olika underhållsstrategier som stöds av resultatet av litteratur- och intervjustudien. Deras ekologiska påverkan och ekonomiska omfattning beaktas för att utse den metod som har störst potential att öka resurseffektiviteten och minska kostnaderna för underhållsåtgärder. Vald metod går ut på att praktiska tillståndsmätningar tillämpas för att undersöka hårdheten av packbitar till Brattbergare. Hårdhetsmätningarna syftar till att ge indikationer på i vilken grad packbitarna harpåverkats av degraderande åldringsmekanismer under olika förutsättningar. Resultatet av fallstudien överensstämmer med de resultat som noterades i litteratur- och intervjustudien. Packbitarna hårdnar när de åldras. Två miljöbetingelser som tenderar till att påskynda åldringsprocessen är förhöjda temperaturer och stråldoser. Vald metod för fallstudien är praktiskt realiserbar trots vissa begränsningar i befintliga kärnkraftsanläggningar vid Forsmark. Presenterad strategi bör kunna bistå med en ekologisk och ekonomisk optimering av underhållsarbetet för kabel- och rörgenomföringar. / This report is based on a literature study and interviews regarding maintenance strategies and component replacements in nuclear power plants. Focuses of the study are on components which tend to more commonly be affected by degrading aging mechanisms. Exemplification is done with a complementary case study about cable- and pipe transits with packing pieces made of polymeric materials. A frequently used application for cable- and pipe transits in Swedish NPPs is manufactured by MCT Brattberg AB.  Result obtained from interviews with relevant personnel’s and the literature study providing knowledge about prevailing safety regulations at Swedish nuclear facilities. Moreover, information is gained about how aging affects the features of materials over time and that it is the basis for determining the qualified lifetime of systems and components. Further on this could be of specific interest considering that the majority of the worlds NPPs are close to its intended lifetime and soon entering a phase of LTO. A proper aging management is an important factor when it comes to a safe and reliable operation of an NPP.  The case study compares two different maintenance strategies which are supported by the obtained result from interviews and the literature study. Considering ecological and economic impacts of the strategies, the one with the greatest potential to reduce negative influences are exemplified. Chosen method included practical hardness measurement with a portable durometer at packing pieces for cable- and pipe transits. Measured hardness of the packing pieces indicates at what degree which they have been affected by degrading aging mechanisms given different circumstances.   The obtained result from the two different parts of the report is corresponding to each other. Packing pieces consisting polymers hardens as they age. Elevated temperatures and higher dose rates accelerates the aging process. Represented method of the case study is practically viable at existing NPPs at Forsmark. Presented strategy should be able to assist with an ecological and economic optimization maintenance work for cable- and pipe transits.

η (eta) nitride, Cr3Ni2SiN, is a precipitate found in high temperature austenitic stainless steel and is not yet included in Thermo-Calc steel database TCFE7. The aim of this thesis is to collect thermodynamic data to enable the addition of η nitride in the databases. Three laboratory melts with varying levels of silicon, chromium and nickel have been aged at 700-1000 °C for 75 h, 300 h and 1200 h and examined by Light Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy, Energy Dispersive Spectroscopy, Wavelength Dispersive Spectroscopy, Electron Backscattered Diffraction and X-ray Powder Diffraction. η nitride is in the studied alloys an equilibrium phase stabilized with nitrogen. Presence of η nitride was confirmed by Energy Dispersive Spectroscopy and X-ray Powder Diffraction. It was found to precipitate in four different ways, at primary grain boundaries, intragranularly, as a "skeleton-like" precipitate and as a border around the occurring Cr2N precipitates. The area fraction of η nitrides increases with longer aging times and is favored by silicon and nickel. The composition of η nitride is not changing regardless of material composition, aging temperature and aging time. The composition of η nitride in all three materials are 8.7-9.7 wt.% silicon, 47-54 wt.% chromium, 1.4-4.1 wt.% iron and 33-36 wt.% nickel. The nitrogen content 2 determined by Wavelength Dispersive Spectroscopy is 2.8-3.2 wt.%. No complete equilibrium was achieved and together with incomplete mixing of the alloying elements during melting, the microstructure is difficult to evaluate. Other precipitates found are Cr2N, π nitride, σ phase and two unidentified phases, M and N. Of these phases at least Cr2N is not an equilibrium phase as it dissolves during aging. Further aging to achieve complete equilibrium is necessary.