Литий электр материалының диффузиялық коэффициентін анықтау үшін айнымалы токтың кедергі деректерін қалай пайдалануға болады?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - ซัพพลายเออร์สถานีพลังงานแบบพกพา

Литий-ионды батарея оң және теріс полюстер арасында Li + миграциясы мен диффузиясы болып табылады, ал оң және теріс электродтар арасында Li концентрациясының айырмашылығы орнатылады, осылайша электр энергиясын сақтайды. Сондықтан, оң және теріс полюстер арасындағы Li + арасындағы диффузия литий-ионды батареяның өнімділігіне әсер етеді. Егер біз Li + жылдамдығының жылдамдан баяу жылдамдығына дейін әртүрлі сілтемелер бойынша сұрыпталатын болсақ, онда электролиттегі Li + диффузиясы ең көп болатынына күмән жоқ.

Жылдам, содан кейін оң және теріс бетінде Li + заряд алмасу процесі, бұл процестің жылдамдығы салыстырмалы түрде баяу, шектеуді азайтуды шектеу оңай, ал Li + оң және теріс материалда ең баяу болып табылады, бұл сілтеме көбінесе литий-иондық батареяның ұлғайту өнімділігін шектеудің кілті болып табылады. Негізгі параметр ретінде белсенді заттағы реактивті заттың қатты фазалық диффузия коэффициенті материалдың мөлшерінің кілті болып табылады, бірақ материалдардың параметрлері қарапайым емес. Жалпы алғанда, белсенді материалдың қатты фазасының диффузиялық коэффициентін есептеу әдісі маңызды потенциалды титрлеуге, тұрақты ток титрлеуге және айнымалы ток кедергі деректеріне ие.

Жақында Германияның Дрезден технологиялық университетінің Tienquangnguyen (Бірінші серверлер) және Корнелиабрейткопф (корреспондент авторы) айнымалы ток импеданс деректері арқылы диффузия коэффициенттерін алудың жаңа әдісін ұсынды. EIS деректерін пайдаланып материалдарды алудың диффузиялық коэффициенті жаңа тұжырымдама емес. Электродтың немесе материалдың диффузия коэффициентін есептеу үшін айнымалы ток кедергісінде диффузиялық кедергі мәнін пайдаланған көптеген модельдер болды, бірақ бұл модельдер әдетте диффузиямен біріктірілуі керек.

Ұзындық сияқты параметрлерді есептеу және бұл мән әдетте электрод қалыңдығы немесе бөлшектер радиусы бойынша жуықталады. Тяньквангуен диффузия коэффициентін есептеу үшін қажетті барлық параметрлерді алу үшін айнымалы ток кедергі деректерін пайдалануды ғана ұсынды. Диффузия коэффициентінің мағынасы бойынша диффузия ұзындығы ID мен диффузия уақыты taud арасындағы қатынас арқылы диффузия коэффициентін алуға болады (келесі формулада көрсетілгендей).

Оны жоғарыдағы формуладан көруге болады. Диффузия коэффициентін алу үшін эксперимент деректері немесе теориялық модель деректері арқылы жоғарыда көрсетілген параметрлерді алуымыз керек. Электрохимиялық жүйеде иондардың қозғалғыштығын екі электрлік қабаттың қалыңдығында tau2 релаксация уақыты мен поляризация негізінде есептеуге болады.

Диффузия коэффициентінің негізгі параметрлерін алу үшін алдымен диффузиялық қабат қалыңдығының мәліметтерін алу керек. Диффузия қабаты деп аталатын диффузия процесіндегі материал концентрацияларының диапазонын білдіреді және Bandaraampmellanderandcoelho және т.б. т.б.

Диффузиялық қабаттың қалыңдығын есептеу моделі. Төмендегі суретте қос блоктаушы электродтың электрохимиялық жүйесінің кедергісі және жоғалту бұрышының қалыпты мәні көрсетілген. Тиімді диэлектрлік өтімділікті келесі формула 3 бойынша есептеуге болады, мұндағы j – елестетілген бірлік, Delta – үлгі қалыңдығының жартысы мен диффузиялық қабаттың қалыңдығы арасындағы қатынас, әдетте бұл мән 10-нан жоғары деп есептейміз.

Жоғалту бұрышы диэлектрлік шығын мен нақты диэлектрлік өтімділік арасындағы қатынас (Формула 4-те көрсетілген). Жоғарыда келтірілген В суретінен жоғалту бұрышының түйіні TAU2 уақыт тұрақтысында максималды мәнге ие екенін көруге болады, ал жоғалту бұрышының қалыпты мәні мен Delta арасындағы байланыс 5 формулада көрсетілген, сондықтан диффузиялық қабаттың қалыңдығын келесі формула 6 бойынша есептеуге болады. EIS деректерінде шектеулі Warburg диффузиялық кедергісі диффузия ұзындығы, диффузия коэффициенті және диффузия жылдамдығы сияқты параметрлерді қамтиды, әдетте диффузия уақыты параметрлерін алу үшін ZVIEW және басқа құралдар арқылы EIS анықтау нәтижелерін сәйкестендіру үшін эквивалентті тізбекті пайдалана аламыз.

Дегенмен, кейбір кедергілердің кейбір жағдайларда орнату нәтижелері жиі дұрыс емес болады және бұл мәселені айнымалы ток кедергі деректеріне өту аймағын орнату арқылы дәлірек деректерге сәйкес келтіруге болады. Шектеулі ұзындықтағы Варбург диффузиялық кедергісін 7 формулада көрсетуге болады, мұнда RW шектеулі диффузиялық кедергі, ал диффузия уақытын жоғарыдағы 1 формула бойынша есептеуге болады. Жоғарыда келтірілген формуладағы параметр қатынасы 9, 10 формулаларында көрсетілген және соңғы диффузиялық кедергінің тұтас және ойдан шығарылған бөлігін келесі формула 11 және 12 арқылы келесі 13 формула пішіміне оңайлатуға болады.

13 RW Z және Omega1/2 арасындағы қатынас қисығының еңісін білдіруі мүмкін екенін көреміз. Жоғарыдағы суретте айнымалы ток кедергісінің типтік картасы көрсетілген, ол суреттен 45 градус өтпелі аймақта кедергі қисығының еңісін көре алады, бұл осы аймақтағы кедергінің нақты және болжалды бөлігінің мәні тең екенін білдіреді. Интерфейстің диффузиялық процесіне келетін болсақ, біз төменде көрсетілген Randles эквивалентті тізбегін сыйғыза аламыз.

WARBURG элементі мен жиіліктің квадрат түбірі мен фазалық бұрышы теріс корреляцияланғандықтан, қаламның тікелей ыдырауы Warburg элементінің баламалы тізбегін қамтиды әлі де өте қиын жұмыс, сондықтан біз оны параллель RW және CW ретінде ауыстыра аламыз, сондықтан төменде көрсетілген эквивалентті тізбектің жалпы кедергісі Формула 15-те көрсетілген, ал жиілік арасындағы жалпы кедергі Fi0-де шамамен көрсетілген. 16, нақты бөлігін және қиял бөлігін электрод бетінің бетінің екі электрлік қабатының сыйымдылық мәніне түрлендірілуі мүмкін электрод беті түріндегі екінші формула 17 түрінде, бұл өте аз. Жалпы, 1-10уф/см2-де келесі сурет тізбегіндегі жалпы кедергінің кедергісін Варбург кедергісінің ойдан шығарылған бөлігіне тең деп санауға болады, яғни z = omGAZ және диффузия коэффициентінің ең маңызды диффузиялық ұзындығы идентификаторы электронды түрде болуы мүмкін Диффузия коэффициенті және келесідей есептелген уақыт формуласы 19 түрінде көрсетілген. зарядтың заряды бірдей, сондықтан электрондардың диффузиялық коэффициентін иондардың қозғалғыштығымен ауыстыруға болады, ал диффузия уақытын қолдануға болады. Суретте көрсетілген жиілік қисығының ең жоғары нүктесіндегі доғаға сәйкес келетін уақыт тұрақтысы.

Сондықтан жоғарыдағы формуланы формулада көрсетілген пішімге түрлендіруге болады. Жоғарыда аталған модель авторлары әдебиет деректерін ыдырайтын сәйкес, ол келесі суреттен таңдалған бес үлгілері төмен жиілік аймағының диффузиялық қисық ерекше айырмашылығы бар көруге болады, және бірнеше үлгілер жартылай шеңберлі аймақтан тұрады. Содан кейін салыстырмалы түрде төмен жиіліктер диапазонында шамамен 45 градус солға және оңға шектеулі диффузиялық кедергі бар, сондықтан жоғарыда келтірілген модельге сәйкес WSC = 2, 4, 5, 6 және 15 бірнеше модельдерінің диффузиялық уақыт тұрақтысы сәйкесінше 4-ке тең.

16, 25, 36 және 225 (төмендегі 1-кестеде көрсетілген). Жоғарыда аталған модельдің әсерін салыстыру үшін автор сульфат цирконий сульфатының бетіндегі су молекулаларының адсорбциялану процесін алады, алдымен Рандлес эквивалентті тізбегін пайдаланып, сынақты анықтау нәтижелеріне сәйкес келеді және төмендегі суреттен кедергінің нақты бөлігін көре алады. Сынақ мәні мен фитинг мәні арасындағы қателік 25%-ға жетті және Warburg кедергісі бар тізбекті орнату эффектісі туралы мәлімдеме жоғары кедергі немесе шу салыстырмалы түрде жоғары болған жағдайда идеалды емес.

Сондықтан, сәйкес келетін сандық мәндер тек Анықтамалық болуы мүмкін. Төмендегі суретте автор дәстүрлі эквивалентті схема әдісі мен автор ұсынған модель әдісінің сәйкестік әсерін салыстырады. Төменгі сол жақтағы суреттен жаңа үлгі әдісімен алынған фитинг әсерін көру керек.

Бұл дәстүрлі эквивалентті схемаға қарағанда жақсы. Келесі 3-кестеден алынған диффузия коэффициенті иондардың таза қозғалғыштығы мен су буының нәтижесін және басқа адамдардың анықтау нәтижелерін көруге болады. Tienquangnguyen ұсынған әдіс айнымалы ток кедергісіне соңғы диффузия ұзындығы бөлігін орнату арқылы сәйкес келеді, қалам түзу және диффузия ұзындығының ұзындығы, осылайша айнымалы ток кедергі деректерін пайдаланып жылдам және дәл деректерді жылдам және дәл анықтауды жүзеге асырады.