Jak wykorzystać dane dotyczące impedancji prądu przemiennego do określenia współczynnika dyfuzji materiału elektrycznego zawierającego lit?

Author: Iflowpower - Fornitur Portable Power Station

Akumulator litowo-jonowy wykorzystuje migrację i dyfuzję Li+ pomiędzy biegunami dodatnimi i ujemnymi, a różnica stężeń Li powstaje pomiędzy elektrodami dodatnimi i ujemnymi, dzięki czemu magazynowana jest energia elektryczna. Dlatego dyfuzja Li+ pomiędzy biegunami dodatnim i ujemnym wpływa na wydajność akumulatora litowo-jonowego. Jeżeli podzielimy Li+ na różne ogniwa od szybkich do wolnych prędkości, nie ma wątpliwości, że dyfuzja Li+ w elektrolicie jest największa.

Szybki, a następnie proces wymiany ładunku Li+ na powierzchni dodatniej i ujemnej, szybkość tego procesu jest stosunkowo powolna, łatwo jest ograniczyć łagodzenie ograniczeń, a Li+ jest najwolniejszy na materiale dodatnim i ujemnym, to połączenie jest również często kluczem do ograniczenia wydajności powiększenia akumulatora litowo-jonowego. Współczynnik dyfuzji fazy stałej jest kluczowym parametrem substancji reaktywnej w substancji czynnej, co jest kluczem do ilości materiału, ale parametry materiałów nie są proste. Ogólnie rzecz biorąc, metoda obliczania współczynnika dyfuzji fazy stałej materiału aktywnego wymaga istotnych danych z miareczkowania potencjału, miareczkowania prądem stałym i impedancji prądu przemiennego.

Niedawno Tienquangnguyen (pierwszy serwer) i Corneliabreitkopf (autor korespondencyjny) z Uniwersytetu Technicznego w Dreźnie zaproponowali nową metodę uzyskiwania współczynników dyfuzji na podstawie danych o impedancji prądu przemiennego. Współczynnik dyfuzji pozyskiwania materiałów za pomocą danych EIS nie jest nową koncepcją. Istniało wiele modeli wykorzystujących wartość impedancji dyfuzyjnej w impedancji prądu przemiennego do obliczenia współczynnika dyfuzji elektrody lub materiału, ale modele te zwykle trzeba łączyć z dyfuzją.

Obliczanie parametrów takich jak długość, której wartość jest zwykle przybliżana grubością elektrody lub promieniem cząstki. Tienquangnguyen zaproponował metodę polegającą na wykorzystaniu wyłącznie danych dotyczących impedancji prądu przemiennego w celu uzyskania wszystkich parametrów niezbędnych do obliczenia współczynnika dyfuzji. Zgodnie ze znaczeniem współczynnika dyfuzji, możemy uzyskać współczynnik dyfuzji jako stosunek długości dyfuzji ID do czasu dyfuzji taud (jak pokazano w poniższym wzorze).

Można to wywnioskować z powyższego wzoru. Aby uzyskać współczynnik dyfuzji musimy uzyskać powyższe parametry na podstawie danych eksperymentalnych lub danych modelu teoretycznego. W układzie elektrochemicznym ruchliwość jonów można obliczyć na podstawie czasu relaksacji tau2 w grubości dwuelektrycznej warstwy lambDAD i polaryzacji.

Aby uzyskać kluczowe parametry współczynnika dyfuzji, musimy najpierw uzyskać dane dotyczące grubości warstwy dyfuzyjnej. Tak zwana warstwa dyfuzyjna odnosi się do zakresu stężeń materiału w procesie dyfuzji, a Bandaraampmellanderandcoelho i in. I in.

Model do obliczania grubości warstwy dyfuzyjnej. Poniższy rysunek przedstawia impedancję układu elektrochemicznego podwójnej elektrody blokującej i wartość normalną kąta strat. Efektywną stałą dielektryczną można obliczyć według następującego wzoru 3, gdzie j jest jednostką urojoną, Delta to stosunek połowy grubości próbki do grubości warstwy dyfuzyjnej. Zwykle uważamy, że wartość ta jest większa niż 10.

Kąt stratności to stosunek strat dielektrycznych do rzeczywistej stałej dielektrycznej (przedstawiony we wzorze 4). Z powyższego rysunku B wynika, że ​​węzeł kąta strat ma wartość maksymalną przy stałej czasowej TAU2, a zależność pomiędzy wartością normalną kąta strat a deltą przedstawiono we wzorze 5, zatem grubość warstwy dyfuzyjnej można obliczyć za pomocą następującego wzoru 6. W danych EIS ograniczona impedancja dyfuzyjna Warburga zawiera parametry takie jak długość dyfuzji, współczynnik dyfuzji i prędkość dyfuzji. ​​Zazwyczaj możemy użyć obwodu równoważnego, aby dopasować wyniki detekcji EIS przez ZVIEW i inne narzędzia w celu uzyskania parametrów czasu dyfuzji.

Jednak w niektórych przypadkach impedancji wyniki dopasowania są często mniej idealne i problem ten można rozwiązać, dopasowując dokładniejsze dane, poprzez dopasowanie obszaru przejściowego w danych impedancji prądu przemiennego. Ograniczoną długość impedancji dyfuzyjnej Warburga można wyrazić wzorem 7, gdzie RW jest ograniczoną impedancją dyfuzyjną, a czas dyfuzji można obliczyć za pomocą powyższego wzoru 1. Zależność parametrów w powyższym wzorze pokazana jest we wzorach 9, 10, a część stała i urojona skończonej impedancji dyfuzyjnej może zostać uproszczona do formatu następującego wzoru 13 za pomocą następującego wzoru 11 i 12.

13 możemy zobaczyć, że RW może oznaczać nachylenie krzywej relacyjnej pomiędzy Z i Omega1/2. Powyższy rysunek przedstawia typową mapę impedancji prądu przemiennego, na której widać nachylenie krzywej impedancji w strefie przejściowej wynoszące 45 stopni od rysunku, co oznacza, że ​​wartość części rzeczywistej i urojonej impedancji w tym obszarze jest równa. Jeśli chodzi o proces dyfuzji interfejsu, możemy zastosować obwód równoważny Randlesa przedstawiony poniżej.

Ponieważ element WARBURGA oraz pierwiastek kwadratowy częstotliwości i kąt fazowy są skorelowane negatywnie, bezpośredni rozkład pióra zawierający obwód zastępczy elementu Warburga jest nadal bardzo trudnym zadaniem, więc możemy zastąpić go równoległymi RW i CW, tak aby całkowita impedancja obwodu zastępczego pokazanego poniżej była pokazana we wzorze 15, a całkowita część rzeczywista impedancji znajduje się pomiędzy Gdy częstotliwość jest w przybliżeniu 0, jak pokazano na rys. 16, część rzeczywistą i część urojoną można przekształcić na wartość pojemności dwuelektrycznej warstwy powierzchni elektrody w postaci powierzchni elektrody w postaci drugiego wzoru 17, który jest bardzo mały. Ogólnie rzecz biorąc, w zakresie 1-10 uf/cm2, impedancja całkowitej impedancji w poniższym schemacie obwodu może być uważana za równą części urojonej impedancji Warburga, tj. z = omGAZ, a najważniejsza długość dyfuzji ID współczynnika dyfuzji może być elektronicznie Współczynnik dyfuzji i czas dyfuzji są obliczane (jak pokazano w poniższym wzorze 19) zakładają, że ładunek ładunku jest taki sam, tak że współczynnik dyfuzji elektronów można zastąpić ruchliwością jonów, a czas dyfuzji można wykorzystać Stałą czasową odpowiadającą łukowi w najwyższym punkcie na krzywej częstotliwości pokazanej na FIG.

Dlatego powyższy wzór można przekształcić do formatu pokazanego we wzorze. Zgodnie z powyższym modelem autorzy rozkładają dane z literatury, można zauważyć, że pięć próbek wybranych z poniższego rysunku ma wyraźną różnicę w krzywej dyfuzji obszaru niskiej częstotliwości, a kilka próbek składa się z obszaru półkolistego. Następnie istnieje ograniczona impedancja dyfuzyjna wynosząca około 45 stopni w lewo i prawo w zakresie stosunkowo niskich częstotliwości, a zatem zgodnie z powyższym modelem stała czasowa dyfuzji kilku modeli WSC = 2, 4, 5, 6 i 15 wynosi odpowiednio 4.

16, 25, 36 i 225 (przedstawiono w tabeli 1 poniżej). Aby porównać efekty powyższego modelu, autor bierze pod uwagę proces adsorpcji cząsteczek wody na powierzchni siarczanu cyrkonu, najpierw stosując obwód równoważny Randlesa w celu dopasowania wyników wykrywania testu, i może zobaczyć rzeczywistą część impedancji na rysunku poniżej. Błąd pomiędzy wartością testową a wartością dopasowania osiągnął 25%, a deklaracja efektu dopasowania obwodu zawierającego impedancję Warburga nie jest idealna w przypadku, gdy wysoka impedancja lub szum są stosunkowo wysokie.

Dlatego wartości liczbowe mogą być jedynie odniesieniami. Na poniższym rysunku autor porównuje efekt dopasowania metody modelowania zaproponowanej przez tradycyjną metodę obwodu równoważnego i autora. Na dolnym lewym obrazku widać efekt dopasowania uzyskany dzięki nowej metodzie modelowania.

Jest lepszy od tradycyjnego układu równoważnego. Współczynnik dyfuzji uzyskany z poniższej Tabeli 3 pozwala zobaczyć wynik ogólnej ruchliwości jonów i pary wodnej oraz wyniki detekcji innych osób. Metoda zaproponowana przez Tienquangnguyena dopasowuje się poprzez dopasowanie skończonej długości dyfuzji do impedancji prądu przemiennego, pióro jest proste, a długość długości dyfuzji, realizując w ten sposób szybkie i dokładne określenie szybkich i dokładnych danych przy użyciu danych impedancji prądu przemiennego.