Литий электрдик материалдын диффузиялык коэффициентин аныктоо үчүн AC импеданс маалыматтарын кантип колдонуу керек?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Leverancier van draagbare energiecentrales

Литий-иондук батарейка - бул оң жана терс уюлдардын ортосунда Li + нин миграциясы жана диффузиясы, ал эми Li концентрациясынын айырмасы оң жана терс электроддордун ортосунда түзүлүп, ошону менен электр энергиясын сактайт. Демек, оң жана терс уюлдардын ортосундагы Li + ортосундагы диффузия литий-иондук батарейканын иштешине таасир этет. Эгерде биз Li+тин ылдамдан жайга чейинки ылдамдыгынан ар кандай шилтемелер боюнча иргелсек, анда Li+тын электролиттеги диффузиясы эң көп экендиги талашсыз.

Ыкчам, андан кийин оң жана терс бетинде Li + заряд алмашуу процесси, бул процесстин ылдамдыгы салыштырмалуу жай, чектөөнү жумшартууну чектөө оңой, ал эми Li + оң жана терс материалда эң жай, бул Шилтеме да көп учурда литий-иондук батареянын чоңойтуу көрсөткүчүн чектөөнүн ачкычы болуп саналат. Негизги параметр катары активдүү заттын реактивдүү заттын катуу фазасынын диффузиялык коэффициенти материалдын санынын ачкычы болуп саналат, бирок материалдардын параметрлери жөнөкөй эмес. Жалпысынан, активдүү материалдын катуу фазасынын диффузиялык коэффициентин эсептөө ыкмасы маанилүү потенциалдуу титрлөө, туруктуу ток титрлөө жана AC импеданс маалыматтарына ээ.

Жакында Германиянын Дрезден технология университетинин Tienquangnguyen (Биринчи серверлер) жана Корнелиабрейткопф (корреспондент-автор) AC импеданс маалыматтары аркылуу диффузиялык коэффициенттерди алуунун жаңы жолун сунушташты. EIS маалыматтарын колдонуу менен материалдарды алуунун диффузиялык коэффициенти жаңы түшүнүк эмес. Электроддун же материалдын диффузиялык коэффициентин эсептөө үчүн AC импеданстагы диффузиялык импеданстын маанисин колдонгон көптөгөн моделдер бар, бирок бул моделдер адатта диффузия менен айкалыштырылышы керек.

Узундук сыяктуу параметрлерди эсептөө жана бул маани, адатта, электроддун калыңдыгы же бөлүкчөлөрдүн радиусу менен болжолдонот. Тиенкуангуен диффузия коэффициентин эсептөө үчүн зарыл болгон бардык параметрлерди алуу үчүн AC импеданс маалыматтарын колдонууну сунуш кылган. Диффузия коэффициентинин мааниси боюнча диффузиянын узундугу ID менен диффузия убактысынын taud ортосундагы катыш боюнча диффузия коэффициентин ала алабыз (кийинки формулада көрсөтүлгөндөй).

Аны жогорудагы формуладан көрүүгө болот. Диффузия коэффициентин алуу үчүн биз эксперименттин маалыматтары же теориялык моделдин маалыматтары боюнча жогорудагы параметрлерди алышыбыз керек. Электрохимиялык системада иондун кыймылдуулугун эки электр катмарынын калыңдыгында tau2 релаксация убактысына жана поляризацияга жараша эсептөөгө болот.

Диффузия коэффициентинин негизги параметрлерин алуу үчүн алгач диффузиялык катмардын калыңдыгынын маалыматтарын алышыбыз керек. Диффузия катмары деп аталган диффузия процессиндеги материалдык концентрациялардын диапазонуна тиешелүү жана Bandaraampmellanderandcoelho et al. жана башкалар.

Диффузия катмарынын калыңдыгын эсептөө үчүн модель. Төмөндөгү сүрөттө кош блоктоочу электроддун электрохимиялык системасынын импедансы жана жоготуу бурчунун нормалдуу мааниси көрсөтүлгөн. Натыйжалуу диэлектрдик туруктууну төмөнкү формула 3 менен эсептөөгө болот, мында j – ойдон чыгарылган бирдик, Delta – үлгүнүн калыңдыгынын жарымы менен диффузиялык катмардын калыңдыгынын ортосундагы катыш, адатта биз бул маани 10дон чоң деп эсептейбиз.

Жоготуу бурчу – бул диэлектрдик жоготуу менен чыныгы диэлектрик өтүмдүүлүктүн ортосундагы катыш (Формула 4тө көрсөтүлгөн). Жогорудагы В фигурасынан TAU2 убакыт константасында жоготуу бурчу түйүнү максималдуу мааниге ээ экенин көрүүгө болот жана жоготуу бурчунун нормалдуу мааниси менен Delta ортосундагы байланыш Формула 5те көрсөтүлгөн, ошондуктан диффузиялык катмардын калыңдыгын төмөнкү формула 6 менен эсептөөгө болот. EIS маалыматтарында чектелген Warburg диффузиялык импедансы диффузиянын узундугу, диффузия коэффициенти жана диффузиянын ылдамдыгы сыяктуу параметрлерди камтыйт, адатта биз диффузия убакытынын параметрлерин алуу үчүн ZVIEW жана башка куралдар менен EIS аныктоо натыйжаларына туура келүү үчүн эквиваленттүү схеманы колдоно алабыз.

Бирок, кээ бир импеданстын кээ бир учурларда, тууралоо натыйжалары көбүнчө идеалдуу эмес жана бул көйгөйдү AC импеданс маалыматтарына өтүү аймагын тууралоо менен так маалыматка ылайыкташтырса болот. Чектелген узундуктагы Варбург диффузиялык импедансын 7 формулада туюнтса болот, мында RW чектелген диффузиялык импеданс, ал эми диффузия убактысын жогорудагы формула 1 боюнча эсептөөгө болот. Жогорудагы формуладагы параметр байланышы 9, 10 формулаларында көрсөтүлгөн жана чектүү диффузиялык импеданстын катуу жана элестүү бөлүгү төмөнкү формула 11 жана 12 менен төмөнкү 13 формуланын форматына жөнөкөйлөштүрүлүшү мүмкүн.

13 биз RW Z жана Omega1/2 ортосундагы реляциялык ийри сызыкты билдире аларын көрөбүз. Жогорудагы сүрөттө AC импеданстын типтүү картасы көрсөтүлгөн, ал фигурадан 45 градуска өтүү зонасында импеданс ийри сызыгынын жантайышын көрө алат, бул бул аймактагы импеданстын чыныгы жана элестүү бөлүгүнүн мааниси барабар экенин билдирет. Интерфейстин диффузиялык процессине келсек, биз төмөндө көрсөтүлгөн Randles эквиваленттүү схемасын тууралай алабыз.

WARBURG элементи менен жыштыктын квадраттык тамыры жана фаза бурчтары терс корреляциялангандыктан, калемдин түз ажыроосу Варбург элементинин эквиваленттүү схемасын камтыйт дагы эле абдан татаал иш, ошондуктан биз аны RW жана CW катары параллелдүү алмаштыра алабыз, ошондуктан төмөндө көрсөтүлгөн эквиваленттүү схеманын жалпы импедансы Формула 15те көрсөтүлгөн, ал эми жыштыктын жалпы бөлүгү Fi0 менен болжолдуу түрдө көрсөтүлгөн. 16, чыныгы бөлүгү жана элестүү бөлүгү өтө аз болгон экинчи формула 17 түрүндө электрод бетинин түрүндөгү электрод бетинин бетинин эки электрдик катмарынын сыйымдуулук маанисине айландырылат. Жалпысынан алганда, 1-10uf / см2 ичинде, төмөнкү сүрөттөгү схемадагы жалпы импеданстын импедансын Варбург импедансынын ойдон чыгарылган бөлүгүнө барабар кароого болот, башкача айтканда, z = omGAZ жана диффузия коэффициентинин эң маанилүү диффузиялык узундугу ID электрондук түрдө болушу мүмкүн. заряддын заряды бирдей, ошондуктан электрондордун диффузия коэффициентин иондук кыймылдуулук менен алмаштырууга болот, ал эми диффузия убактысын колдонууга болот.

Демек, жогорудагы формуланы формулада көрсөтүлгөн форматка айландырса болот. Жогоруда айтылган моделдин авторлору адабияттан алынган маалыматтарды ажыратуу боюнча, ал төмөнкү сүрөттө тандалып алынган беш үлгүлөрү төмөнкү жыштык аймагынын диффузиялык ийри айырмалоочу айырмасы бар көрө аласыз, жана бир нече үлгүлөр жарым тегерек аймактан турат. Анда салыштырмалуу төмөн жыштыктардын диапазонунда 45 градуска жакын солго жана оңго чектелген диффузиялык импеданс бар, демек, жогоруда келтирилген моделге ылайык, WSC = 2, 4, 5, 6 жана 15 бир нече моделдеринин диффузиялык убакыт константасы тиешелүүлүгүнө жараша 4кө барабар.

16, 25, 36 жана 225 (төмөндө 1-таблицада көрсөтүлгөн). Жогорудагы моделдин эффекттерин салыштыруу үчүн автор сульфат цирконий сульфатынын бетиндеги суу молекулаларынын адсорбция процессин алып, адегенде Рандлдын эквиваленттүү схемасын колдонуп, сыноону аныктоонун натыйжаларына туура келет жана төмөндөгү сүрөттөн импеданстын чыныгы бөлүгүн көрө алат. Сыноо мааниси менен фитингдик маанинин ортосундагы ката 25% га жетти жана Варбург импедансын камтыган схеманын тууралоо эффектисинин декларациясы жогорку импеданс же ызы-чуу салыштырмалуу жогору болгон учурда идеалдуу эмес.

Ошондуктан, сандык баалуулуктар бир гана шилтеме болушу мүмкүн. Төмөндөгү сүрөттө автор салттуу эквиваленттүү схема ыкмасы менен сунушталган моделдик методдун ылайыктуу эффектин жана авторду салыштырат. Төмөнкү сол сүрөттөн жаңы моделдин ыкмасы менен алынган ылайыктуу эффектти көрүү керек.

Бул салттуу эквиваленттүү схемага караганда жакшыраак. Төмөнкү 3-таблицадан алынган диффузия коэффициенти иондордун таза мобилдүүлүгүнүн жана суу буусунун натыйжасын жана башка адамдардын аныктоосунун натыйжаларын көрө алат. Tienquangnguyen тарабынан сунушталган ыкма AC импеданстын чектүү диффузиялык узундук бөлүгүн тууралоо менен туура келет, калем түз жана диффузиянын узундугунун узундугу, ошону менен AC импеданс маалыматтарын колдонуу менен тез жана так маалыматтарды тез жана так аныктоону ишке ашырат.