Bagaimana cara menggunakan data impedansi AC untuk menentukan koefisien difusi bahan listrik litium?

作者：Iflowpower – Kaasaskantava elektrijaama tarnija

Baterai lithium-ion adalah migrasi dan difusi Li + antara kutub positif dan negatif, dan perbedaan konsentrasi Li terbentuk antara elektroda positif dan negatif, sehingga menyimpan energi listrik. Oleh karena itu, difusi antara Li+ antara kutub positif dan negatif mempengaruhi kinerja baterai ion litium. Kalau diurutkan dalam berbagai kaitan dari kecepatan cepat ke kecepatan lambat Li+, tidak dapat dipungkiri bahwa difusi Li+ dalam elektrolitlah yang paling banyak.

Cepat, diikuti oleh proses pertukaran muatan Li+ pada permukaan positif dan negatif, kecepatan proses ini relatif lambat, mudah untuk membatasi mitigasi pembatasan, dan Li+ adalah yang paling lambat pada material positif dan negatif, hubungan ini juga sering menjadi kunci untuk membatasi kinerja pembesaran baterai ion litium. Sebagai parameter utama koefisien difusi fasa padat zat reaktif dalam zat aktif, koefisien difusi fasa padat merupakan kunci jumlah material, tetapi parameter material tidaklah sederhana. Secara umum, metode perhitungan koefisien difusi fasa padat bahan aktif memiliki titrasi potensial yang penting, titrasi arus konstan, dan data impedansi AC.

Baru-baru ini, Tienquangnguyen (First Servers) dan Corneliabreitkopf (Penulis Korespondensi) dari Universitas Teknologi Dresden Jerman mengusulkan cara baru untuk memperoleh koefisien difusi melalui data impedansi AC. Koefisien difusi perolehan material menggunakan data EIS bukanlah konsep baru. Ada banyak model yang menggunakan nilai impedansi difusi dalam impedansi AC untuk menghitung koefisien difusi elektroda atau material, tetapi model-model ini biasanya harus dikombinasikan dengan difusi.

Perhitungan parameter seperti panjang, dan nilai ini biasanya didekati dengan ketebalan elektroda atau radius partikel. Cara yang diusulkan Tienquangnguyen hanya menggunakan data impedansi AC untuk memperoleh semua parameter yang diperlukan untuk menghitung koefisien difusi. Menurut makna koefisien difusi, kita dapat memperoleh koefisien difusi dari perbandingan antara panjang difusi ID dan waktu difusi taud (seperti ditunjukkan dalam rumus berikut).

Hal itu dapat dilihat dari rumus di atas. Untuk mendapatkan koefisien difusi, kita harus mendapatkan parameter di atas melalui data eksperimen atau data model teoritis. Dalam sistem elektrokimia, mobilitas ion dapat dihitung berdasarkan waktu relaksasi tau2 dalam ketebalan dua lapisan listrik lambDAD dan polarisasi.

Untuk memperoleh parameter utama koefisien difusi, pertama-tama kita harus memperoleh data ketebalan lapisan difusi. Lapisan difusi disebut mengacu pada kisaran konsentrasi material dalam proses difusi, dan Bandaraampmellanderandcoelho et al. Dkk.

Model untuk menghitung ketebalan lapisan difusi. Gambar di bawah menunjukkan impedansi sistem elektrokimia elektroda pemblokiran ganda dan nilai normal sudut kehilangan. Konstanta dielektrik efektif dapat dihitung dengan rumus 3 berikut, di mana j adalah satuan imajiner, Delta adalah rasio antara setengah ketebalan sampel dan ketebalan lapisan difusi, biasanya kita percaya nilai ini lebih besar dari 10.

Sudut kehilangan adalah rasio antara kehilangan dielektrik dan konstanta dielektrik nyata (ditunjukkan dalam Rumus 4). Dari gambar B di atas, dapat dilihat bahwa node sudut kehilangan mempunyai nilai maksimum pada konstanta waktu TAU2, dan hubungan antara nilai normal sudut kehilangan dengan Delta ditunjukkan pada Rumus 5, sehingga ketebalan lapisan difusi dapat dihitung dengan rumus 6 berikut. Dalam data EIS, impedansi difusi Warburg yang terbatas berisi parameter seperti panjang difusi, koefisien difusi, dan kecepatan difusi, biasanya kita dapat menggunakan rangkaian ekivalen untuk menyesuaikan hasil deteksi EIS oleh ZVIEW dan alat lain untuk mendapatkan parameter waktu difusi.

Namun, pada beberapa kasus impedansi tertentu, hasil pemasangan seringkali kurang ideal, dan masalah ini dapat dipasang untuk memasang data yang lebih akurat dengan memasang area transisi pada data impedansi AC. Impedansi difusi Warburg dengan panjang terbatas dapat dinyatakan dalam rumus 7, di mana RW adalah impedansi difusi terbatas, dan waktu difusi dapat dihitung dengan rumus 1 di atas. Hubungan parameter dalam rumus di atas ditunjukkan dalam rumus 9, 10, dan bagian padat dan imajiner dari impedansi difusi terbatas dapat disederhanakan ke dalam format rumus 13 berikut dengan rumus 11 dan 12 berikut.

13 kita dapat melihat bahwa RW dapat berarti kemiringan kurva relasional antara Z dan Omega1/2. Gambar di atas merupakan peta impedansi AC tipikal, dimana dapat terlihat kemiringan kurva impedansi pada daerah transisi sebesar 45 derajat dari gambar, artinya nilai bagian riil dan imajiner dari impedansi pada daerah tersebut adalah sama. Mengenai proses difusi antarmuka, kita dapat menyesuaikan rangkaian ekuivalen Randles yang ditunjukkan di bawah ini.

Karena elemen WARBURG dan akar kuadrat frekuensi serta sudut fasa berkorelasi negatif, dekomposisi langsung pena yang memuat rangkaian ekivalen elemen Warburg masih merupakan pekerjaan yang sangat menantang, sehingga kita dapat menggantinya sebagai RW dan CW paralel, sehingga impedansi keseluruhan dari rangkaian ekivalen yang ditunjukkan di bawah ini ditunjukkan dalam Rumus 15, dan bagian riil impedansi total berada di antara ketika frekuensi kira-kira 0 seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 16, bagian riil dan bagian imajiner dapat diubah menjadi nilai kapasitansi dari dua lapisan listrik permukaan permukaan elektroda dalam bentuk permukaan elektroda dalam bentuk rumus kedua 17, yang sangat kecil. Umumnya, dalam 1-10uf / cm2, impedansi dari total impedansi pada rangkaian gambar berikut dapat dianggap sama dengan bagian imajiner dari impedansi Warburg, yaitu z = omGAZ, dan panjang difusi yang paling penting ID dari koefisien difusi dapat secara elektronik Koefisien difusi dan waktu difusi dihitung (seperti yang ditunjukkan pada rumus berikut 19) mengasumsikan bahwa muatan muatannya sama, sehingga koefisien difusi elektron dapat digantikan dengan mobilitas ion, dan waktu difusi dapat digunakan Konstanta waktu yang sesuai dengan busur di titik tertinggi dalam kurva frekuensi yang ditunjukkan pada Gambar.

Oleh karena itu, rumus di atas dapat diubah ke format yang ditunjukkan dalam rumus. Berdasarkan model yang disebutkan di atas, penulis menguraikan data dari literatur, dapat dilihat bahwa kelima sampel yang dipilih dari gambar berikut memiliki perbedaan yang khas pada kurva difusi daerah frekuensi rendah, dan beberapa sampel tersusun dari daerah setengah lingkaran. Kemudian ada impedansi difusi terbatas sekitar 45 derajat kiri dan kanan dalam kisaran frekuensi yang relatif rendah, dan oleh karena itu, menurut model di atas, konstanta waktu difusi beberapa model WSC = 2, 4, 5, 6 dan 15 adalah 4, berturut-turut.

16, 25, 36, dan 225 (ditunjukkan pada Tabel 1 di bawah). Untuk membandingkan efek model di atas, penulis mengambil proses adsorpsi molekul air di permukaan zirkonium sulfat, pertama-tama menggunakan rangkaian ekuivalen Randles untuk menyesuaikan hasil deteksi uji, dan dapat melihat bagian sebenarnya dari impedansi dari gambar di bawah. Kesalahan antara nilai uji dan nilai pemasangan mencapai 25%, dan deklarasi efek pemasangan rangkaian yang mengandung impedansi Warburg tidak ideal dalam kasus di mana impedansi tinggi atau kebisingan relatif tinggi.

Oleh karena itu, nilai numerik yang sesuai hanya dapat berupa Referensi. Pada gambar di bawah, penulis membandingkan efek pemasangan metode model yang diajukan oleh metode rangkaian ekuivalen tradisional dan penulis. Dari gambar kiri bawah, perlu dilihat efek pemasangan yang diperoleh dengan metode model baru.

Ini lebih baik daripada sirkuit ekuivalen tradisional. Koefisien difusi yang diperoleh dari Tabel 3 berikut dapat melihat hasil mobilitas ion bersih dan uap air serta hasil deteksi orang lain. Metode yang diusulkan oleh Tienquangnguyen cocok dengan cara mencocokkan bagian panjang difusi yang terbatas dalam impedansi AC, pena lurus dan panjang difusi, sehingga mewujudkan penentuan data yang cepat dan akurat dengan menggunakan data impedansi AC.