Hvordan bruger man AC-impedansdata til at bestemme diffusionskoefficienten for elektrisk lithiummateriale?

Auctor Iflowpower - Portable Power Station supplementum

Lithium-ion-batteriet er migration og diffusion af Li + mellem de positive og negative poler, og koncentrationsforskellen af ​​Li etableres mellem de positive og negative elektroder, hvorved elektrisk energi lagres. Derfor påvirker diffusionen mellem Li + mellem de positive og negative poler ydeevnen af ​​lithium-ion-batteriets ydeevne. Hvis vi er sorteret i forskellige led fra hurtige til langsom hastigheder på Li+, er der ingen tvivl om, at diffusionen af ​​Li+ i elektrolytten er størst.

Hurtig, efterfulgt af ladningsudvekslingsprocessen af ​​Li + i den positive og negative overflade, hastigheden af ​​denne proces er relativt langsom, det er let at begrænse restriktionsreduktionen, og Li + er den langsomste i det positive og negative materiale, dette Forbindelsen er også ofte nøglen til at begrænse forstørrelsesydelsen af ​​lithium-ion-batterier. Som en nøgleparameter fastfasediffusionskoefficient for det reaktive stof i det aktive stof er fastfasediffusionskoefficienten nøglen til mængden af ​​materiale, men materialernes parametre er ikke enkle. Generelt har metoden til at beregne fastfasediffusionskoefficienten for det aktive materiale en vigtig potentiel titrering, konstant strømtitrering og AC-impedansdata.

For nylig foreslog Tienquangnguyen (første servere) og Corneliabreitkopf (korresponderende forfatter) fra Tyskland Dresden University of Technology en ny måde at opnå diffusionskoefficienter gennem AC-impedansdata. Diffusionskoefficienten for at erhverve materialer ved hjælp af EIS-data er ikke et nyt koncept. Der har været mange modeller, der har brugt en diffusionsimpedansværdi i AC-impedans til at beregne diffusionskoefficienten for elektroden eller materialet, men disse modeller skal normalt kombineres med diffusion.

Beregning af parametre såsom længde, og denne værdi er normalt tilnærmet af elektrodetykkelsen eller partikelradius. Den måde Tienquangnguyen foreslog kun at bruge AC-impedansdata til at opnå alle parametre, der er nødvendige for at beregne diffusionskoefficienten. Ifølge betydningen af ​​diffusionskoefficienten kan vi få en diffusionskoefficient ved forholdet mellem diffusionslængden ID og diffusionstiden taud (som vist i følgende formel).

Det kan ses ud fra ovenstående formel. For at få en diffusionskoefficient skal vi få ovenstående parametre ved eksperimentdata eller teoretiske modeldata. I det elektrokemiske system kan ionmobilitet beregnes ud fra relaksationstiden tau2 i tykkelsen af ​​det to-elektriske lag lambDAD og polarisering.

For at opnå nøgleparametrene for diffusionskoefficienten skal vi først få dataene for diffusionslagets tykkelse. Det såkaldte diffusionslag refererer til rækken af ​​materialekoncentrationer i diffusionsprocessen, og Bandaraampmellanderandcoelho et al. Et al.

Model til at beregne tykkelsen af ​​diffusionslaget. Figuren nedenfor viser impedansen af ​​det elektrokemiske system af dobbeltblokeringselektroden og tabsvinklens normalværdi. Den effektive dielektriske konstant kan beregnes ved hjælp af følgende formel 3, hvor j er en imaginær enhed, Delta er forholdet mellem halvdelen af ​​tykkelsen af ​​prøven og tykkelsen af ​​diffusionslaget, normalt tror vi, at denne værdi er større end 10.

Tabsvinklen er forholdet mellem dielektrisk tab og den reelle dielektriske konstant (vist i formel 4). Ud fra ovenstående figur B er det muligt at se, at tabsvinkelknudepunktet har en maksimal værdi ved tidskonstanten TAU2, og forholdet mellem tabsvinklens normalværdi og Delta er vist i Formel 5, så diffusionslagtykkelsen kan beregnes med følgende formel 6. I EIS-dataene indeholder den begrænsede Warburg-diffusionsimpedans parametre som diffusionslængde, diffusionskoefficient og diffusionshastighed, normalt kan vi bruge et ækvivalent kredsløb til at passe EIS-detekteringsresultaterne af ZVIEW og andre værktøjer til at opnå diffusionstidsparametre.

Men i nogle tilfælde med en vis impedans er tilpasningsresultaterne ofte mindre ideelle, og dette problem kan tilpasses til at passe mere nøjagtige data ved at tilpasse et overgangsområde i AC-impedansdata. Den begrænsede længde Warburg diffusionsimpedans kan udtrykkes i formlen 7, hvor RW er en begrænset diffusionsimpedans, og diffusionstiden kan beregnes ved ovenstående formel 1. Parameterforholdet i ovenstående formel er vist i formlerne 9, 10, og den faste og imaginære del af den endelige diffusionsimpedans kan simplificeres til formatet af følgende formel 13 ved hjælp af følgende formel 11 og 12.

13 kan vi se, at RW kan betyde hældningen af ​​den relationelle kurve mellem Z og Omega1 / 2. Ovenstående figur viser et typisk AC-impedanskort, som kan se hældningen af ​​impedanskurven i overgangszonen på 45 grader fra figuren, hvilket betyder, at værdien af ​​den reelle og imaginære del af impedansen i dette område er ens. Med hensyn til diffusionsprocessen af ​​grænsefladen kan vi passe til det Randles-ækvivalente kredsløb vist nedenfor.

Da WARBURG-elementet og frekvenskvadratroden og fasevinklen er negativt korrelerede, indeholder pennens direkte dekomponering det ækvivalente kredsløb af Warburg-elementet er stadig Et meget udfordrende arbejde, så vi kan erstatte det som en parallel RW og CW, så den overordnede impedans af det ækvivalente kredsløb vist nedenfor er vist i Formel 15, og den samlede impedansfrekvens som vist i fig. 16, kan den reelle del og den imaginære del omdannes til en kapacitansværdi af det to-elektriske lag af overfladen af ​​elektrodeoverfladen i form af elektrodeoverfladen i form af den anden formel 17, som er meget lille. Generelt, i 1-10uf/cm2, kan impedansen af ​​den totale impedans i det følgende billedkredsløb betragtes som lig med den imaginære del af Warburg-impedansen, dvs. z = omGAZ, og den vigtigste diffusionslængde ID af diffusionskoefficienten kan være elektronisk. af elektronerne kan erstattes med ionmobilitet, og diffusionstiden kan anvendes. Tidskonstanten svarende til buen på det højeste punkt i frekvenskurven vist i fig.

Derfor kan ovenstående formel konverteres til formatet vist i formlen. Ifølge ovennævnte model, forfattere nedbryder data fra litteraturen, kan det se, at de fem prøver udvalgt fra det følgende billede har en markant forskel i diffusionskurven for det lavfrekvente område, og flere prøver er sammensat af et halvcirkulært område. Så er der en begrænset diffusionsimpedans på omkring 45 grader til venstre og højre i området af relativt lave frekvenser, og derfor er diffusionstidskonstanten ifølge ovenstående model for flere modeller af WSC = 2, 4, 5, 6 og 15 henholdsvis 4.

16, 25, 36 og 225 (vist i tabel 1 nedenfor). For at sammenligne virkningerne af ovenstående model tager forfatteren adsorptionsprocessen af ​​vandmolekyler i overfladen af ​​sulfat zirconiumsulfat, ved først at bruge Randles-ækvivalentkredsløbet til at passe til testdetektionsresultaterne, og kan se den reelle del af impedansen fra figuren nedenfor. Fejlen mellem testværdien og tilpasningsværdien nåede 25%, og erklæringen om kredsløbstilpasningseffekten indeholdende Warburg-impedans er ikke ideel i tilfælde, hvor høj impedans eller støj er relativt høj.

Derfor kan de numeriske værdier kun være reference. I figuren nedenfor sammenligner forfatteren tilpasningseffekten af ​​modelmetoden foreslået af den traditionelle ækvivalente kredsløbsmetode og forfatteren. Fra det nederste venstre billede er det nødvendigt at se tilpasningseffekten opnået ved den nye modelmetode.

Det er bedre end det traditionelle tilsvarende kredsløb. Diffusionskoefficienten opnået fra følgende tabel 3 kan se resultatet af nettoionmobilitet og vanddamp og resultaterne af andre menneskers påvisning. Metoden foreslået af Tienquangnguyen passer ved at tilpasse den endelige diffusionslængdedel i AC-impedansen, pennen er lige og længden af ​​diffusionslængden, hvorved den hurtige og nøjagtige bestemmelse af hurtige og nøjagtige data realiseres ved hjælp af AC-impedansdata.