Iron oxyhydroxide (FeOOH) mineral plays an important role in a variety of atmospheric, terrestrial and technological settings. Molecular resolution of reactions involving these minerals is thereby required to develop a fundamental understanding of their contributions in processes taking place in the atmosphere, Earth’s upper crust as well as the hydrosphere. This study resolves interactions involving four different types of synthetic FeOOH particles with distinct and well-defined surfaces, namely lath- and rod-shaped lepidocrocite (γ), goethite (α) and akaganéite (β). The surface and bulk reactivities of these particles are controlled by their distinct structures. When exposed to ambient atmospheric or aqueous conditions their surfaces are populated with different types of (hydr)oxo functional groups acting as reaction centers. These sites consist of hydroxyl groups that can be singly- (≡FeOH, -OH), doubly- (≡Fe2OH, μ-OH), or triply-coordinated (≡Fe3OH, μ3-OH) with underlying Fe atoms. Moreover, these sites exhibit different types, densities, distributions, as well as hydrogen bonding patterns on different crystal planes for each mineral. Knowledge of the types and distributions of hydroxyl groups on minerals with different surface structures is fundamental for building a molecular-scale understanding of processes taking place at FeOOH particle surfaces. In this thesis, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was used to resolve the interactions between (hydr)oxo groups of FeOOH particles with (in)organic acids, salts, water vapor as well as carbon dioxide. The focus on such compounds was justified by their importance in natural environments. This thesis is based on 9 articles and manuscripts that can be found in the appendices. FTIR spectroscopic signatures of hydroxyl groups in the bulk of well crystallized FeOOH minerals were characterized for structural differences and thermal stabilities. Those of akaganéite were particularly resolved for the variable bond strength of bulk hydroxyls induced by the incorporation of HCl through nanostructured channels at the terminations of the particles. FTIR bands of hydroxyl groups at all particle surfaces were monitored for responses to thermal gradients and proton loadings, providing experimental validation to previous theoretical accounts on surface site reactivity. This site reactivity was resolved further in the fluoride (F-) and phosphate (PO43-) ions adsorption study to follow the site selectivity for ligand-exchange reactions. These efforts showed that singly-coordinated groups are the primary adsorption centers for ligands, doubly-coordinated groups can only be exchanged at substantially higher ligand loadings, while triply coordinated groups are largely resilient to any ligand-exchange reaction. These findings helped consolidate fundamental knowledge that can be used in investigating sorption processes involving atmospherically and geochemically important gases. The latter parts of this thesis were therefore focused on water vapor and carbon dioxide interactions with these FeOOH particles. These efforts showed how surface structure and speciation affect sorption loadings and configurations, as well as how water diffused into and through the akaganéite bulk. Hydrogen bonding is one of the most important forms of interactions between gas phase and minerals. It plays a crucial role in the formation of thin water films and in stabilizing surface (bi)carbonate species. The affinity of surface hydroxyl groups for water and carbon dioxide is strongly dependent on their abilities to form hydrogen bonds. These are controlled by coordination number and site accessibility/steric constraints. In agreement with the aforementioned ligand-exchange studies, surfaces dominated by singly coordinated groups have stronger ability to accumulate water layers than the ones terminated by groups of larger coordination number. Collectively, these efforts consolidate further the concept for structure-controlled reactivities in iron oxyhydroxides, and pave the way for new studies along such lines.

The state-of-the-art tools for machining metals are primarily based on a metal-ceramic composite(WC-Co) coated with different combinations of carbide, nitride and oxide coatings. Combinations of these coating materials are optimized to withstand specific wear conditions. Oxide coatings are especially desired because of their possible high hot hardness, chemical inertness with respect to the workpiece, and their low friction. This thesis deals with process and coating characterization of new oxide coatings deposited by physical vapor deposition (PVD) techniques, focusing on the Cr-Zr-O and Al-Cr-Si-O systems. The thermal stability of α-Cr0.28Zr0.10O0.61 deposited by reactive radio frequency (RF)-magnetron sputtering at 500 °C was investigated after annealing up to 870 °C. The annealed samples showed transformation of α-(Cr,Zr)2O3 and amorphous ZrOx-rich areas into tetragonal ZrO2 and bcc Cr. The instability of the α-(Cr,Zr)2O3 is surprising and possibly related to the annealing being done under vacuum, facilitating the loss of oxygen. The stabilization of the room temperature metastable tetragonal ZrO2 phase, due to surface energy effects, may prove to be useful for metal cutting applications. The observed phase segregation of α-(Cr,Zr)2O3 and formation of tetragonal ZrO2 with corresponding increase in hardness for this pseudo-binary oxide system also opens up design routes for pseudo-binary oxides with tunable microstructural and mechanical properties. The inherent difficulties of depositing insulating oxide films with PVD, demanding a closed circuit, makes the investigation of process stability an important part of this research. In this context, we investigated the influence of adding small amount of Si in Al-Cr cathode on plasma characteristics ,process parameters, and coating properties. Si was chosen here due to a previous study showing improved erosion behavior of Al-Cr-Si over pure Al-Cr cathode without Si incorporation in the coating. This work shows small improvements in cathode erosion and process stability (lower pressure and cathode voltage) when introducing 5 at % Si in the Al70Cr30-cathode. This also led to fewer droplets at low cathode current and intermediate O2 flow. A larger positive effect on cathode erosion was observed with respect to cleaning the cathode from oxide contamination by increasing cathode current with 50%. However, higher cathode current also resulted in increased amount of droplets in the coating which is undesirable. Through plasma analysis the presence of volatile SiO species could be confirmed but the loss of Si through volatile SiO species was negligible, since the coating composition matched the cathode composition. The positive effect of added Si on the process stability at the cathode surface should be weighed against Si incorporation in the coating. This incorporation may or may not be beneficial for the final application since literature states that Si promotes the metastable γ-phase over the thermodynamically stable α-phase of pure Al2O3, contrary to the effect of Cr, which stabilizes the α-phase.

Uranoxid (UOx) är ett energitätt material som ofta används i kärnbränsle. UOx-pulver pressas och sintras för att tillverka urandioxidkutsar som förs in i bränslestavar. Stavarna monteras slutligen ihop till ett bränsleknippe. Tillverkningsprocessens stabilitet och förutsägbarhet är viktiga. För att åstadkomma önskvärda egenskaper hos UO2-kutsarna är karaktärisering av UOx-pulvret centralt. Sintringsaktivitet är den viktigaste egenskapen när det kommer till att beskriva hur UOx-pulvret beter sig vid reduktion i högtemperatursintring. Återcyklat UO2 oxideras till U3O8 och kan användas till att styra sintringsaktiviteten tack vare dess porbildande egenskaper. Denna rapport beskriver karaktäriseringen av UOx-pulver och kuts med avseende på fysiokemiska egenskaper relaterade till sintringsaktivitet. Statistiska analyser av historiska data utfördes även och visade på en komplex relation mellan pulveregenskaper och sintringsaktivitet. Effekten av U3O8-pulver i blandningar av UO2-pulver med hög och låg sintringsaktivitet undersöktes. Att variera U3O8-batch hade ingen inverkan på diameterkrympning efter sintring utom i ett fall. Blandningar av UO2-pulver visade på avvikande egenskaper jämfört med det jungfruliga pulvret. UO2-pulvrets kemiska aktivitet undersöktes via oxidering med H2O2. Förbrukningshastigheten av H2O2 var densamma för hög- och lågaktiva UO2-pulver vid samma förhållande mellan specifik yta och lösningsvolym. / Uranium oxide (UOx) is an energy dense material commonly used in nuclear fuel. UOx powder is pressed and sintered to produce uranium dioxide (UO2) pellets which are loaded into fuel rods. The rods are then mounted together in a final nuclear fuel assembly. Stability and predictability of the manufacturing processes during UO2 pellet production is of high importance. To achieve desired properties and quality of the UO2 pellets, the ability to assess the characteristics of the UOx powder is crucial. Sinterability is the most important characteristic which describes the behavior of the UOx powder during reduction in high temperatures. Recycled uranium dioxide is oxidized into U3O8 powder which can be used to modify the sinterability due to its pore forming ability. This study describes the characterization of uranium oxide powders and pellets regarding physicochemical properties relating to sintering behavior. Statistical analyses of historical data were also performed and showed a complexity of the relation between powder properties and  sinterability. The effect of U3O8 powder in different blends of UO2 powders of high and low sinterability were analyzed. Varying U3O8 powder batch did not influence the diameter shrinkage after sintering except for one case. UO2 powder blends showed deviating behavior from their virgin powder constituents. Chemical activity of UO2 was analyzed by oxidation with H2O2. The consumption rate of H2O2 was shown to be equal for active and incative UO2 powders under equal specific surface area/solution volume ratio.

Miljöpåverkan från konventionella förbränningsmotorer har bidragit till en övergång till elmotorer. I denna övergång spelar litiumjonbatterier en viktig roll som energilagringssystem, men på grund av sin reaktiva kemi kan de utgöra en säkerhetsrisk. I likhet med civilsamhället står Försvarsmakten inför ett skifte där förbränningsmotorer ska bytas ut mot el- och hybridmotorer. För en säker militär tillämpning är det därför viktigt att förstå hur litiumjonbatterier beter sig vid åldrande och bortom ramen för normal användning. Detta projekt syftar till att identifiera batteriparametrar (impedans, resistans, kapacitet och yttemperatur) att använda för bedömning av batteriets hälsotillstånd. Vidare syftar projektet till att värdera de identifierade batteriparametrarnas lämplighet för militära applikationer. Som en del av syftet undersöker detta projekt omgivningstemperaturens effekt på batteriparametrarna, samt använder batteriparametrarna för att uppskatta när ett batteri kan klassas som förbrukat. Kommersiella NMC/grafit-litiumjonbatterier åldrades genom full upp- och urladdning. Varje batteri utsattes för maximalt 250 upp- och urladdningscykler vid laddningsströmmar om 4 A och urladdningsströmmar om 10 A. Åldrandet övervakades genom regelbunden mätning av impedans, resistans, kapacitet och yttemperatur. Batterierna cyklades vid antingen 52 ± 3 °C, 21 ± 3 °C eller −15 ± 3 °C för att studera omgivningstemperaturens effekt på de undersökta batteriparametrarna. Impedansmätningar vid 980 Hz var stabilast med avseende på variationer i omgivningstemperatur samt batteriets laddningsnivå, och ansågs därför vara den lämpligaste batteriparametern att använda för uppskattning av batteriets hälsotillstånd när tillämpningen kräver stor flexibilitet. Förändringar i resistans och kapacitet vid givna omgivningstemperaturer ansågs å andra sidan bättre återspegla batteriets åldringsgrad. Därför ansågs resistans och kapacitet vara de lämpligaste batteriparametrarna för uppskattning av batteriets hälsotillstånd med avseende på precision. Mätning av yttemperatur gav otillräcklig information för att uppskatta batteriernas hälsotillstånd med precision. En sänkning av omgivningstemperaturen från 21 °C till −15 °C hade en stor påverkan på resistans och kapacitet; resistansen ökade medan kapaciteten minskade, vilket motsvarar en reducerad batteriprestanda. Med avseende på kapacitetsförlust så förbrukades inget av batterierna som förvarades i 21 °C under cyklingen. Batterier som förvarades i 52 °C och −15 °C var förbrukade efter 150–200 cyklingar. Med avseende på resistansökning var ett av batterierna som förvarades vid 21 °C förbrukat efter 200 cyklingar. Samtliga batterier förvarade vid 52 °C var förbrukade efter 150–200 cyklingar, medan batterier förvarade vid −15 °C var förbrukade efter 200–250 cyklingar. Slutligen, med avseende på impedansmätning vid 980 Hz så tog det 200 cyklingar tills dess att ett av batterierna som förvarades i 21 °C var förbrukat. Ett av batterierna som förvarades i 52 °C var förbrukat efter 150 cyklingar. Batterier förvarade vid −15 °C var förbrukade efter 200–250 cyklingar. / Environmental concerns associated with greenhouse gas emissions from conventional combustion engines have contributed to a transition towards electric mobility. In this transition, lithium-ion (Li-ion) batteries play an important part as an energy storage system. However, Li-ion batteries can pose a safety risk due to their reactive chemistry. The Swedish Armed Forces are approaching a transition towards electric mobility, therefore, understanding Li-ion battery behavior with regard to non-normal use and ageing is critical for safe military applications. This project aimed to identify and evaluate battery parameters (impedance, resistance, capacity and surface temperature) suitable for State of Health (SOH) estimation of Li-ion batteries in military applications. Furthermore, this project aimed to investigate the ambient temperature’s effect on battery parameters, and identify the battery’s end of life (EOL) based on battery parameter tracking. Commercial NMC/graphite Li-ion batteries were exposed to ageing through repeated charge and discharge cycles. A critical application was mimicked, where the batteries operated at 1C charge rate (4 A) and 2.5C discharge rate (10 A) between 100 % and 0 % state of charge, for up to 250 charge/discharge cycles. The ageing process was tracked through regular measurements of impedance, resistance, capacity and surface temperature. In order to investigate the ambient temperature’s effect on the investigated battery parameters, the batteries were aged at either 52 ± 3 °C, 21 ± 3 °C or −15 ± 3 °C. Impedance measured at 980 Hz was the most stable battery parameter with respect to variations in state of charge and temperature, and was therefore regarded as the most suitable parameter for SOH estimation with respect to flexibility. Measurements of resistance and capacity at given temperatures were likely reflecting electrochemical ageing phenomena more accurately, hence the most suitable battery parameters for SOH estimation with respect to accuracy. Tracking of surface temperature provided insufficient information for accurate estimation of the batteries SOH. Decreasing the ambient temperature from 21 °C to −15 °C had a major effect on capacity and resistance; the resistance increased and the capacity decreased, corresponding to a decrease in battery performance. With respect to capacity fade, neither of the batteries aged at 21 °C reached their EOL within 250 cycles, while batteries aged at 52 °C or −15 °C reached their EOL after 150–200 cycles. With respect to resistance, one battery kept at 21 °C reached their EOL after 200 cycles, all batteries kept at 52 °C reached their EOL after 150–200 cycles, and batteries kept at −15 °C reached their EOL between 200–250 cycles. Finally, with respect to impedance measured at 980 Hz, one battery kept at 21 °C reached their EOL after 200 cycles, one battery kept at 52 °C reached their EOL after 150 cycles, and batteries kept at −15 °C reached their EOL between 200–250 cycles.

Sjöfarten står för 3 % av världens totala växthusgaser och är idag högst beroende av fossila bränslen. Ett alternativ för att gå över till en fossilfri flotta är användning av bränsleceller och vätgas som drivmedel. Om vätgasen produceras från elektrolys med förnyelsebara energikällor så är driften utsläppsfri och koldioxidneutral. Bränsleceller kan användas i många olika sammanhang, men har ännu inte slagit igenom med full kraft. En anledning till detta är livslängden som är för kort. För att sjöfarten ska kunna implementera bränslecellsdrift behöver nedbrytningen av bränslecellen bli vidare utforskad och motverkad. Syftet med detta examensarbete var att hitta de mest signifikanta nedbrytningsmekanismerna för sjöfarten samt att bygga en modell för att förutspå livslängden utifrån lastprofiler från fartyg.  Rapportens avgränsningar var att enbart studera PEM-bränsleceller tack vare dess höga energitäthet och att teknologin är närmast marknaden för mobila applikationer. En litteraturstudie genomfördes för att fastställa de viktigaste nedbrytningsmekanismerna samt de faktorer som begränsar livslängden. Dessa bestämdes till start/stop cykler samt lastcykler vilka försämrar konduktiviteten i membranet samt minskar den elektrokemiska ytarean. En empirisk modell från experiment från litteraturen etablerades för att hitta relationen mellan parametrarna konduktivitet och elektrokemisk ytarea som funktion av start/stop cykler respektive lastcykler. En Comsol-modell användes för att utvärdera bränslecellens prestanda med dessa försämrade parametrar. Två lastprofiler analyserades och tolkades som antal start/stop cykler samt lastcykler för att utvärdera prestandan som funktion av antal år i drift. Båda fallen var i drift till dess att prestandan minskat med 20 % utvärderat vid strömtätheten 0.6 A/cm2. Båda lastprofilerna var utvärdera med olika körstrategier för att jämföra den modellerade livslängden beroende på ingångsvärden. Den första lastprofilen delades in i Case 1a och Case 1b där antalet start/stop cykler och lastcykler varierade. Resultatet visade att antalet timmar i drift mer än tredubblades i Case 1b där båda ingående indata hade minskats.   Case 2 delades upp i tre olika körstrategier där Case 2a var en referens som jämfördes mot Case 2b respektive Case 2c. Skillnaden mot Case 2b var att antalet start/stop cykler per dag multiplicerades med faktor 4. Resultatet från modellen var att livstiden minskade från 6 till 4 år. Vidare utvärderades Case 2c där istället antalet lastcykler dividerades med faktor 4, allt annat identiskt med Case 2a. Utfallet var en ökad livslängd från 6 år till 11 år, med totalt 32 032 timmar i drift. Denna livslängd kan jämföras med kommersialiserade marina produkter från Ballard och Powercell, där livslängden är 30 000 respektive 20 000 timmar i drift.  Sammanfattningsvis kan det konstateras att både start/stop cykler och lastcykler bryter ner bränslecellen och därmed minskar dess prestanda. Lastcykler var den faktor som var mest förödande gällande livslängden. Den modellerade livslängden på 32 032 timmar indikerar att den empirisk modellen tillsammans med Comsol-modellen genererade realistiska resultat. Slutligen kan sägas att ett område för framtida forskning inom ämnet innefattar lastcykler eftersom denna hade störst påverkan på modellen. Att särskilja olika typer av lastcykler och koppla till olika degradering skulle skapa än mer förståelse för livslängden. Då denna studie genomfördes på bränslecellsnivå skulle framtida studier kunna inkludera att analysera degradering på systemnivå för att få mer insikt i dessa processer. / The shipping industry emits 3 % of the global GHG-emissions and is highly dependent on fossil fuels. One alternative to decarbonise the sector is by utilising hydrogen in fuel cells. The propulsion is free from emissions if hydrogen is produced from renewables. The fuel cell technology can be applied in various applications but have not been fully commercialised. One of the biggest bottlenecks for fuel cell technology is the durability that needs to be improved. In order for marine vessels to implement hydrogen propulsion, the degradation need to be further understood and mitigated. The purpose of this thesis was to assess the most significant degradation mechanisms for marine applications and to build a model to evaluate the lifetime depending on load profiles. The scope of the thesis was to include PEMFCs since they have the highest power density and are closest to commercialisation for transport applications. A literature review was conducted to assess the most important degradation mechanisms and operating conditions that limits the lifetime, which concluded in start/stop cycling and load cycling. These conditions deteriorate the membrane conductivity and the electrochemical surface area. An empirical model based on experimental data from the literature was conducted to find relationships for conductivity and ECSA as function of start/stop cycling and load cycling, respectively. A Comsol model was established to evaluate performance reduction with degraded parameters. Two different load cycles were interpreted as number of start/stop cycles and load cycles in order to simulate the degradation. The output was polarization curves as function of operating years. Each case was operated until a performance reduction of 20 % was obtained at the current density of 0.6 A/cm2.  Both load profiles were analysed with different operation strategies to compare the resulting lifetime. The first load curve was divided into Case 1a and Case 1b where start/stop cycles and load cycles were altered. The results showed that the lifetime in operation hours was more than three-folded in Case 1b when the number of start/stop cycles and load cycles was reduced.  Case 2 was divided into three operating strategies. For comparison with Case 2a, the number of start/stop cycles per day in Case 2b was increased by a factor of 4. The result was that the lifetime declined from 6 to 4 years. Furthermore, Case 2c evaluated the lifetime if the number of load cycles per day decreased by a factor of 4, all else being equal to Case 2a. The outcome was an increment in lifetime from 6 to 11 years, with a total of 32 032 hours of operation. This lifetime can be compared to commercialised products from Ballard and Powercell with lifetimes of 30 000 and 20 000 operating hours, respectively. Conclusively, the simulations showed that both start/stop cycling and load cycling deteriorates the fuel cell performance. Load cycling is the operating condition that cause the most severe degradation. Moreover, the modelled lifetime of 32 032 hours indicates that the empirical model in combination with the Comsol model generate realistic lifetimes. Finally, since load cycling had the most vital impact on the lifetime, one of the topics for future research would be to distinguish different types of load cycles and connect to separate degradation outcomes. Since the model was on fuel cell level, future work could also include systems effects such as ripple current or distributions within fuel cell stacks.

There is an ever growing need for environmentally sustainable alternatives in today's society due to the looming threat of greenhouse gasses. One field where the need for new environmentally friendly solutions is needed is the aviation industry. The problem the industry is facing is due to the weight and space constraints that exist in aerial vehicles. In this bachelor project a solution for unmanned drones is proposed where it is powered by a hybrid solution consisting of batteries working together with fuel cells. The batteries compliment each other where the fuel cell is a lightweight energy source while the battery is used to combat the changing power demand. This project was done in collaboration with the Green Raven project to evaluate the optimal setup to power the energy system for an hour. The work was done theoretically in Matlab and Simulink to find the optimal system. From these simulations, data was collected to calculate the optimal configuration between batteries and amount of hydrogen stored in the Hydrogen tank. It was concluded that the best option to store the hydrogen was in a 2 liter tank at 300 bar together with 2 additional batteries with the capacity of 4000 mAh. This setup was concluded as the best option as it used up all hydrogen and landed with less charge in the battery than at the start point. / I takt med den globala uppvärmningen så växer behovet av klimatmedvetna hållbara lösningar. Ett område i stort behov av innovation är flygindustrin som länge varit en av de största klimatbovarna. Flygindustrin stora problem är att dess fordon både har begränsad volym och vikt. I detta kandidatexamensarbete kommer vi diskutera en hybridlösning där obemannade drönare drivs av en hybridlösning där batterier tillsammans med bränsleceller driver drönaren. Batterierna och bränslecellerna komplimenterar varandra då bränslecellerna är är lättviktiga och tillför en stabil produktion av ström till drönaren medan batterierna agerar komplement och hjälper till när det behövs extra kraft. Projektet som i samarbete med The Green Raven project utfördes för att utvärdera det optimala systemet för att förse drönaren nog med kraft i en timme. Projektet har utförts teoretiskt i Matlab och Simulink för att hitta den optimala balansen mellan batterier och bränsleceller. Från dessa simuleringar samlades data in för att optimera konfigurationen mellan bränslecellerna och batterierna. Från resultaten drogs slutsatsen att 2 batterier med en kapacitet på 4000 mAh som tillsammans med vätgas som förvarades i en 2 liter tank med ett tryck på 300 bar var den bästa konfigurationen. Denna lösning ansågs som den bästa då all vätgas förbrukades under simulation och att batteriet vid stopp hade en lägre laddning än vid flygstart.

With the continuing transition to renewable inherently intermittent energy sources like solar- and wind power, electrical energy storage will become progressively more important to manage energy production and demand. A key technology in this area is Li-ion batteries. To operate these batteries efficiently, there is a need for monitoring of the current battery state, including parameters such as state of charge and state of health, to ensure that adequate safety and performance is maintained. Furthermore, such monitoring is a step towards the possibility of the optimization of battery usage such as to maximize battery lifetime and/or return on investment. Unfortunately, possible online measurements during actual operation of a lithium-ion battery are typically limited to current, voltage and possibly temperature, meaning that direct measurement of battery status is not feasible. To overcome this, battery modeling and various regression methods may be used. Several of the most common regression algorithms suggested for estimation of battery state of charge and state of health are based on Kalman filtering. While these methods have shown great promise, there currently exist no thorough analysis of the impact of so-called filter tuning on the effectiveness of these algorithms in Li-ion battery monitoring applications, particularly for state of health estimation. In addition, the effects of only adjusting the cell capacity model parameter for aging effects, a relatively common approach in the literature, on overall state of health estimation accuracy is also in need of investigation. In this work, two different Kalman filtering methods intended for state of charge estimation: the extended Kalman filter and the extended adaptive Kalman filter, as well as three intended for state of health estimation: the dual extended Kalman filer, the enhanced state vector extended Kalman filer, and the single weight dual extended Kalman filer, are compared from accuracy, performance, filter tuning and practical usability standpoints. All algorithms were used with the same simple one resistor-capacitor equivalent circuit battery model. The Li-ion battery data used for battery model development and simulations of filtering algorithm performance was the “Randomized Battery Usage Data Set” obtained from the NASA Prognostics Center of Excellence.  It is found that both state of charge estimators perform similarly in terms of accuracy of state of charge estimation with regards to reference values, easily outperforming the common Coulomb counting approach in terms of precision, robustness and flexibility. The adaptive filter, while computationally more demanding, required less tuning of filter parameters relative to the extended Kalman filter to achieve comparable performance and might therefore be advantageous from a robustness and usability perspective. Amongst the state of health estimators, the enhanced state vector approach was found to be most robust to initialization and was also least taxing computationally. The single weight filter could be made to achieve comparable results with careful, if time consuming, filter tuning. The full dual extended Kalman filter has the advantage of estimating not only the cell capacity but also the internal resistance parameters. This comes at the price of slow performance and time consuming filter tuning, involving 17 parameters. It is however shown that long-term state of health estimation is superior using this approach, likely due to the online adjustment of internal resistance parameters. This allows the dual extended Kalman filter to accurately estimate the SoH over a full test representing more than a full conventional battery lifetime. The viability of only adjusting the capacity in online monitoring approaches therefore appears questionable. Overall the importance of filter tuning is found to be substantial, especially for cases of very uncertain starting battery states and characteristics.

En av de största utmaningarna framöver är att säkerställa en jämn övergång från fossila bränslen till förnybar energi utan att kompromissa driftstabilitet. För att genomföra detta behövs det någon form av energilagring för att lagra överskott av förnybar energi, exempelvis solenergi, som sedan kan användas när solenergin inte räcker till för att täcka elbehovet. Syftet med detta projektet är att modellera ett fristående mikronät med vätgaslagring i Simulink. Empiriska data har samlats för samtliga komponenter, som inkluderar en PEM bränslecell, ett NMC622 litiumjonbatteri och en AEM elektrolysör. På så sätt kunde ideala driftparametrar identifieras för komponenterna. Det modellerade systemet klarade elbehovet av en 2 W lampa för en hel vinter-, vår- och sommardag. Genom att använda väderdata för en vårdag kunde systemet dimensioneras för att uppfylla kravet för neutral balans med avseende på vätgasnivån och batteriernas laddningstillstånd. Det krävdes 38 solceller (med en total nominell effekt på 37.95 W), 5 batterier (med en total kapacitet av 175 mAh, 2 bränsleceller (med en vald effekt på 2.34 W inom det ohmiska intervallet) och 2 elektrolysörer (med en maximal effekt på 14.8504 W) för att uppfylla kravet. För att mikronätsystemet ska ha en större ekonomisk potential och en bättre genomförbarhet bör simuleringen förbättras genom att inkludera fler parametrar och använda väderdata som täcker längre perioder.

There is a need for alternative marine fuels and propulsion techniques in order to reduce the environmental and climate impacts of the transport sector, and meet the new Swedish climate targets of net zero emissions by 2045. There are several projects and studies on full electric ferries, while the option of hydrogen fuel cell-battery hybrids are not as well explored. This study assesses the prospects for three alternative fuels and propulsion techniques for a commuter ferry in Stockholm City. The fuels assessed are hydrogen (Fuel cellbattery hybrid/electric engine), electricity (Full battery/electric engine) and a biofuel (HVO/Internal combustion engine). Conventional diesel was included as benchmark. A multi-criteria decision analysis approach is employed in order to assess the fuel systems by estimated fuel performance and benchmarked input onthe relative criteria importance. The criteria cover economic, environmental, technical, and ultimately social aspects like availability and supply of fuel. The full battery solution was discarded due to excessive weight, but as only one charging solution was investigated it is recommended for further investigation. HVO performed best in an overall score comparing all fuel alternatives, but in a comparison between only fuel cell hybrid and HVO, including the availability criteria, the fuel cell hybrid system performed best. The analysis therefore supports the opportunity to implement fuel cell-battery hybrids onthis route. / Det finns ett behov av alternativa marina bränslen och framdrivningstekniker för att minska transportsektorns miljö- och klimatpåverkan, och för att uppfylla de nya svenska klimatmålen om att inte ha några nettoutsläpp till 2045. Det finns flera projekt och studier om fullt elektriska färjor, alternativet att använda bränslecellshybrider inte är däremot inte lika utforskat. Denna studie utvärderar möjligheterna för tre alternativa bränslen och framdrivningstekniker för implementering på Djurgårdsfärjan i Stockholm Stad. De utvärderade bränslena är vätgas (bränslecellshybrid / elmotor), elektricitet (full batterilösning / elmotor) och ett biobränsle (HVO / Förbränningsmotor). Konventionell diesel ingick som riktmärke för jämförelse. Analysen genomfördes för att bedöma och jämföra bränsleprestandan mellan de olika systemen. En beslutsgrundande multikriterieanalys (MKA) utfördes och jämfördes mot liknande studier där en analytisk hierarkisk process (AHP) utförts tillsammans med viktiga intressenter i den marina transportsektorn i Sverige. Kriterierna täcker ekonomiska, miljömässiga, tekniska och i slutändan sociala aspekter som tillgång till bränsle. Den fullständiga batterilösningen avfärdades på grund av för stor massa av energisystemet, men att eftersom endast ett laddningsalternativ undersöktes rekommenderas den för ytterligare analys. HVO presterade bäst i den övergripande poängen där alla bränslealternativ jämfördes. Hybridsystemet presterade dock bäst i en jämförelse mellan HVO och hybrid där kriterierna justerades till att inkludera tillgängligheten av bränslet. Resultatet visar att viktningen av den relativa betydelsen för de olika kriterierna har stor betydelse vid utvärdering av bränslealternativ. Analysen stöder därmed möjligheten att implementera bränslecellshybrid på denna linje.

Perovskit solceller (PSCs) är kända som 'ljusomvandling' enheter med ökad omvandlingseffektivitiet (PCE). PSCs är kända för detta flexibilitet och hög tolerans mot defekter och består av fem lager med olika material och egenskaper. De fem lagren är följande; transparant elektrod, elektron ledande lager (ETL), perovskit lager, hål ledande lager (HTL) och metallelektroden.  Detta forskningsarbete fokuserar på metallelektroden (Cu-tunn film), HTL (CuI-tunn film) och det aktiva lagret (CuI-komplex).  Syftet med denna studie är att undersöka effekten av olika tjocklekar på ytans morfologi och grovhet för att se mängden jod som tränger sig genom filmen genom att beräkna volymen.  Resultatet av denna studie visar att ökad tjocklek leder till ökad grovhet. Man ser även att en ökad tjocklek leder till ett mer homogent och jämn yta, och dessutom ökar kornstorleken, vilket tyder på att kvaliten av kristallisationen förbättras.  Slutligen, genom att känna till tjockleken och storleken (arean) på ytan av proverna kunde man beräkna volymen för att indikera mängden jod som trängt sig genom filmen. Resultatet av denna del indikerade att ju tjockare provet är, desto mer kommer jod att tränga sig genom filmen. / Perovskite solar cells (PSCs) are known as light-harvesting devices with increased power conversion efficiencies (PCE). PSCs are known for their flexibility and high tolerance towards defects. It consists of five different layers with different materials and functions. Transparent electrode, electron transport layer (ETL) , perovskite or active layer , hole transport layer (HTL) and metallic electrode. In this research project, the focus is directed towards the metallic electrode (Cu-thin film), hole transport layer (CuI-thin film) and the active layer (CuI-complex). The purpose of this study is to investigate the effect of different thicknesses on the surface morphology and roughness and to see how much iodine is diffusing through the film by calculating the volume.  The results of this project present that the increase in thickness leads to an increase in roughness. It also shows that an increase in thickness leads to a more homogeneous and uniform surface and in addition the grain size increases which indicates that the quality of crystallization improves. Finally, by knowing the thickness and surface area of the samples the volume was calculated to indicate how much iodine is diffusing through the film and the results for this part indicated that the thicker the sample, more iodine will diffuse through the film.