Como usar os datos de impedancia de CA para determinar o coeficiente de difusión do material eléctrico de litio?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Pārnēsājamas spēkstacijas piegādātājs

A batería de ión-litio é a migración e difusión de Li + entre os polos positivo e negativo, e a diferenza de concentración de Li establécese entre os electrodos positivos e negativos, almacenando así enerxía eléctrica. Polo tanto, a difusión entre Li + entre os polos positivo e negativo afecta o rendemento da batería de iones de litio. Se estamos clasificados en varias ligazóns de velocidades rápidas a lentas de Li +, non hai dúbida de que a difusión de Li + no electrólito é a máis.

Rápido, seguido do proceso de intercambio de carga de Li + na superficie positiva e negativa, a velocidade deste proceso é relativamente lenta, é fácil limitar a mitigación da restrición e Li + é o máis lento no material positivo e negativo, este A ligazón tamén adoita ser a clave para restrinxir o rendemento de aumento da batería de iones de litio. Como parámetro clave coeficiente de difusión en fase sólida da substancia reactiva na sustancia activa, o coeficiente de difusión en fase sólida é a clave para a cantidade de material, pero os parámetros dos materiais non son sinxelos. Xeralmente, o método de cálculo do coeficiente de difusión en fase sólida do material activo ten unha titulación potencial importante, unha titulación de corrente constante e datos de impedancia de CA.

Recentemente, Tienquangnguyen (Primeiros servidores) e Corneliabreitkopf (Autor correspondente) da Universidade Tecnolóxica de Dresde de Alemaña propuxeron un novo xeito de obter coeficientes de difusión a través de datos de impedancia de CA. O coeficiente de difusión de adquisición de materiais utilizando datos EIS non é un concepto novo. Houbo moitos modelos que utilizaron un valor de impedancia de difusión en impedancia de CA para calcular o coeficiente de difusión do electrodo ou do material, pero estes modelos normalmente teñen que combinarse coa difusión.

Cálculo de parámetros como a lonxitude, e este valor adoita ser aproximado polo espesor do electrodo ou o raio da partícula. O xeito en que Tienquangnguyen propuxo só usar os datos de impedancia AC para obter todos os parámetros necesarios para calcular o coeficiente de difusión. Segundo o significado do coeficiente de difusión, podemos obter un coeficiente de difusión pola relación entre a lonxitude de difusión ID e o tempo de difusión taud (como se mostra na seguinte fórmula).

Pódese ver a partir da fórmula anterior. Para obter un coeficiente de difusión temos que obter os parámetros anteriores mediante datos de experimentos ou datos de modelos teóricos. No sistema electroquímico, a mobilidade dos ións pódese calcular en función do tempo de relaxación tau2 no grosor da lambDAD de dúas capas eléctricas e polarización.

Para obter os parámetros clave do coeficiente de difusión, primeiro debemos obter os datos do espesor da capa de difusión. A chamada capa de difusión refírese ao rango de concentracións de materiais no proceso de difusión, e Bandaraampmellanderandcoelho et al. Et al.

Modelo para calcular o espesor da capa de difusión. A seguinte figura mostra a impedancia do sistema electroquímico do electrodo de bloqueo dobre e o valor normal do ángulo de perda. A constante dieléctrica efectiva pódese calcular coa seguinte fórmula 3, onde j é unha unidade imaxinaria, Delta é a relación entre a metade do espesor da mostra e o grosor da capa de difusión, normalmente cremos que este valor é superior a 10.

O ángulo de perda é a relación entre a perda dieléctrica e a constante dieléctrica real (mostrada na Fórmula 4). A partir da figura B anterior, é posible ver que o nó do ángulo de perda ten un valor máximo na constante de tempo TAU2, e a relación entre o valor normal do ángulo de perda e Delta móstrase na Fórmula 5, polo que o grosor da capa de difusión pódese calcular coa seguinte fórmula 6. Nos datos EIS, a impedancia de difusión limitada de Warburg contén parámetros como a lonxitude de difusión, o coeficiente de difusión e a velocidade de difusión, normalmente podemos usar un circuíto equivalente para axustar os resultados de detección de EIS por ZVIEW e outras ferramentas para obter parámetros de tempo de difusión.

Non obstante, nalgúns casos de certa impedancia, os resultados do axuste adoitan ser menos idóneos, e este problema pódese axustar para axustar datos máis precisos axustando unha área de transición nos datos de impedancia CA. A impedancia de difusión de Warburg de lonxitude limitada pódese expresar na fórmula 7, onde RW é unha impedancia de difusión limitada, e o tempo de difusión pódese calcular coa fórmula 1 anterior. A relación de parámetros na fórmula anterior móstrase nos formularios 9, 10 e a parte sólida e imaxinaria da impedancia de difusión finita pódese simplificar no formato da seguinte fórmula 13 coas seguintes fórmulas 11 e 12.

13 podemos ver que RW pode significar a pendente da curva relacional entre Z e Omega1 / 2. A figura anterior mostra un típico mapa de impedancia AC, que pode ver a inclinación da curva de impedancia na zona de transición de 45 graos a partir da figura, o que significa que o valor da parte real e imaxinaria da impedancia nesta rexión é igual. No que respecta ao proceso de difusión da interface, podemos encaixar o circuíto equivalente de Randles que se mostra a continuación.

Dado que o elemento WARBURG e a raíz cadrada de frecuencia e o ángulo de fase están correlacionados negativamente, a descomposición directa da pluma contén o circuíto equivalente do elemento Warburg aínda é un traballo moi desafiante, polo que podemos substituílo como paralelo RW e CW, polo que a impedancia global do circuíto equivalente que se mostra a continuación móstrase na Fórmula 15, e a impedancia total da parte real está entre Cando a frecuencia é aproximadamente na Fig 0. 16, a parte real e a parte imaxinaria poden converterse nun valor de capacitancia da capa de dúas eléctricas da superficie da superficie do eléctrodo na forma da superficie do eléctrodo na forma da segunda fórmula 17, que é moi pequena. Xeralmente, en 1-10uf/cm2, a impedancia da impedancia total no seguinte circuíto da imaxe pódese considerar igual á parte imaxinaria da impedancia de Warburg, é dicir, z = omGAZ, e a lonxitude de difusión máis importante ID do coeficiente de difusión pódese calcular electronicamente. O coeficiente de difusión e o tempo de difusión calcúlanse (como se mostra na seguinte fórmula 19) os electróns poden substituírse por mobilidade iónica, e pódese utilizar o tempo de difusión A constante de tempo correspondente ao arco no punto máis alto da curva de frecuencia que se mostra na FIG.

Polo tanto, a fórmula anterior pódese converter no formato que se mostra na fórmula. Segundo os autores do modelo anteriormente mencionados descompón datos da literatura, pódese ver que as cinco mostras seleccionadas da seguinte imaxe teñen unha diferenza distintiva na curva de difusión da área de baixa frecuencia e varias mostras están compostas por unha rexión semicircular. Entón hai unha impedancia de difusión limitada duns 45 graos á esquerda e á dereita no rango de frecuencias relativamente baixas e, polo tanto, segundo o modelo anterior, a constante de tempo de difusión de varios modelos do WSC = 2, 4, 5, 6 e 15 é 4, respectivamente.

16, 25, 36 e 225 (mostradas na táboa 1 a continuación). Para comparar os efectos do modelo anterior, o autor toma o proceso de adsorción de moléculas de auga na superficie do sulfato de sulfato de circonio, primeiro usando o circuíto equivalente de Randles para axustar os resultados da detección da proba, e pode ver a parte real da impedancia a partir da figura seguinte. O erro entre o valor de proba e o valor de axuste alcanzou o 25%, e a declaración do efecto de axuste do circuíto que contén a impedancia Warburg non é ideal no caso de que a impedancia alta ou o ruído sexan relativamente altos.

Polo tanto, os valores numéricos só poden ser de referencia. Na seguinte figura, o autor compara o efecto de axuste do método modelo proposto polo método tradicional de circuítos equivalentes e o autor. A partir da imaxe inferior esquerda, é necesario ver o efecto de axuste obtido polo método do novo modelo.

É mellor que o circuíto equivalente tradicional. O coeficiente de difusión obtido da seguinte Táboa 3 pode ver o resultado da mobilidade neta de ións e vapor de auga e os resultados da detección doutras persoas. O método proposto por Tienquangnguyen encaixa ao axustar a porción de lonxitude de difusión finita na impedancia AC, a pluma é recta e a lonxitude da lonxitude de difusión, realizando así a determinación rápida e precisa de datos rápidos e precisos utilizando datos de impedancia AC.