Como usar dados de impedância CA para determinar o coeficiente de difusão do material elétrico de lítio?

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A bateria de íons de lítio é a migração e difusão de Li + entre os polos positivo e negativo, e a diferença de concentração de Li é estabelecida entre os eletrodos positivo e negativo, armazenando assim energia elétrica. Portanto, a difusão de Li + entre os polos positivo e negativo afeta o desempenho da bateria de íons de lítio. Se classificarmos em vários links de velocidades rápidas para lentas de Li +, não há dúvida de que a difusão de Li + no eletrólito é a maior.

Rápido, seguido pelo processo de troca de carga de Li + na superfície positiva e negativa, a velocidade desse processo é relativamente lenta, é fácil limitar a mitigação de restrição, e Li + é o mais lento no material positivo e negativo, este O link também é frequentemente a chave para restringir o desempenho de ampliação da bateria de íons de lítio. Como um parâmetro-chave do coeficiente de difusão em fase sólida da substância reativa na substância ativa, o coeficiente de difusão em fase sólida é a chave para a quantidade de material, mas os parâmetros dos materiais não são simples. Geralmente, o método de cálculo do coeficiente de difusão em fase sólida do material ativo tem dados importantes de titulação de potencial, titulação de corrente constante e impedância CA.

Recentemente, Tienquangnguyen (First Servers) e Corneliabreitkopf (Autor Correspondente) da Universidade de Tecnologia de Dresden, na Alemanha, propuseram uma nova maneira de obter coeficientes de difusão por meio de dados de impedância CA. O coeficiente de difusão da aquisição de materiais usando dados EIS não é um conceito novo. Existem muitos modelos que usam um valor de impedância de difusão em impedância CA para calcular o coeficiente de difusão do eletrodo ou material, mas esses modelos geralmente precisam ser combinados com difusão.

Cálculo de parâmetros como comprimento, sendo que esse valor geralmente é aproximado pela espessura do eletrodo ou pelo raio da partícula. A maneira como Tienquangnguyen propôs usar apenas dados de impedância CA para obter todos os parâmetros necessários para calcular o coeficiente de difusão. De acordo com o significado do coeficiente de difusão, podemos obter um coeficiente de difusão pela razão entre o comprimento de difusão ID e o tempo de difusão taud (conforme mostrado na fórmula a seguir).

Isso pode ser visto na fórmula acima. Para obter um coeficiente de difusão, temos que obter os parâmetros acima por meio de dados experimentais ou dados do modelo teórico. No sistema eletroquímico, a mobilidade iônica pode ser calculada com base no tempo de relaxamento tau2 na espessura da camada dupla elétrica lambDAD e na polarização.

Para obter os parâmetros-chave do coeficiente de difusão, precisamos primeiro obter os dados da espessura da camada de difusão. A chamada camada de difusão refere-se à faixa de concentrações de material no processo de difusão, e a Bandaraampmellanderandcoelho et al. E outros.

Modelo para calcular a espessura da camada de difusão. A figura abaixo mostra a impedância do sistema eletroquímico do eletrodo de bloqueio duplo e o valor normal do ângulo de perda. A constante dielétrica efetiva pode ser calculada pela seguinte fórmula 3, onde j é uma unidade imaginária, Delta é a razão entre metade da espessura da amostra e a espessura da camada de difusão, normalmente acreditamos que esse valor seja maior que 10.

O ângulo de perda é a razão entre a perda dielétrica e a constante dielétrica real (mostrada na Fórmula 4). Na figura B acima, é possível ver que o nó do ângulo de perda tem um valor máximo na constante de tempo TAU2, e a relação entre o valor normal do ângulo de perda e Delta é mostrada na Fórmula 5, então a espessura da camada de difusão pode ser calculada pela seguinte fórmula 6. Nos dados EIS, a impedância de difusão limitada de Warburg contém parâmetros como comprimento de difusão, coeficiente de difusão e velocidade de difusão. Normalmente, podemos usar um circuito equivalente para ajustar os resultados de detecção EIS pelo ZVIEW e outras ferramentas para obter parâmetros de tempo de difusão.

Entretanto, em alguns casos de alguma impedância, os resultados do ajuste geralmente são menos ideais, e esse problema pode ser ajustado para ajustar dados mais precisos ajustando uma área de transição em dados de impedância CA. A impedância de difusão de Warburg de comprimento limitado pode ser expressa na fórmula 7, onde RW é uma impedância de difusão limitada, e o tempo de difusão pode ser calculado pela fórmula 1 acima. A relação de parâmetros na fórmula acima é mostrada nas fórmulas 9, 10, e a porção sólida e imaginária da impedância de difusão finita pode ser simplificada no formato da seguinte fórmula 13 pelas seguintes fórmulas 11 e 12.

13 podemos ver que RW pode significar a inclinação da curva relacional entre Z e Omega1 / 2. A figura acima mostra um mapa típico de impedância CA, que pode ver a inclinação da curva de impedância na zona de transição de 45 graus da figura, o que significa que o valor da parte real e imaginária da impedância nessa região é igual. Com relação ao processo de difusão da interface, podemos ajustar o circuito equivalente de Randles mostrado abaixo.

Como o elemento WARBURG e a raiz quadrada da frequência e o ângulo de fase são negativamente correlacionados, a decomposição direta da caneta contém o circuito equivalente do elemento Warburg ainda é um trabalho muito desafiador, então podemos substituí-lo como um RW e CW paralelos, então a impedância geral do circuito equivalente mostrado abaixo é mostrada na Fórmula 15, e a parte real da impedância total está entre Quando a frequência é aproximadamente 0, como mostrado na Fig. 16, a porção real e a porção imaginária podem ser convertidas em um valor de capacitância da camada elétrica dupla da superfície da superfície do eletrodo na forma da superfície do eletrodo na forma da segunda fórmula 17, que é muito pequena. Geralmente, em 1-10uf/cm2, a impedância da impedância total no circuito de imagem a seguir pode ser considerada igual à parte imaginária da impedância de Warburg, ou seja, z = omGAZ, e o comprimento de difusão mais importante ID do coeficiente de difusão pode ser eletronicamente O coeficiente de difusão e o tempo de difusão são calculados (conforme mostrado na fórmula 19 a seguir) assumem que a carga da carga é a mesma, de modo que o coeficiente de difusão dos elétrons pode ser substituído pela mobilidade iônica, e o tempo de difusão pode ser usado A constante de tempo correspondente ao arco no ponto mais alto na curva de frequência mostrada na FIG.

Portanto, a fórmula acima pode ser convertida no formato mostrado na fórmula. De acordo com o modelo acima mencionado, os autores decompõem dados da literatura e podem ver que as cinco amostras selecionadas da imagem a seguir têm uma diferença distinta na curva de difusão da área de baixa frequência, e várias amostras são compostas por uma região semicircular. Então, há uma impedância de difusão limitada de cerca de 45 graus para a esquerda e para a direita na faixa de frequências relativamente baixas e, portanto, de acordo com o modelo acima, a constante de tempo de difusão de vários modelos do WSC = 2, 4, 5, 6 e 15 é 4, respectivamente.

16, 25, 36 e 225 (mostrados na Tabela 1 abaixo). Para comparar os efeitos do modelo acima, o autor pega o processo de adsorção de moléculas de água na superfície do sulfato de zircônio, primeiro usando o circuito equivalente de Randles para ajustar os resultados de detecção do teste, e pode ver a parte real da impedância na figura abaixo. O erro entre o valor do teste e o valor de ajuste atingiu 25%, e a declaração do efeito de ajuste do circuito contendo impedância de Warburg não é ideal no caso em que alta impedância ou ruído são relativamente altos.

Portanto, os valores numéricos ajustados só podem ser de Referência. Na figura abaixo, o autor compara o efeito de ajuste do método do modelo proposto pelo método do circuito equivalente tradicional e pelo autor. Na imagem inferior esquerda, é necessário observar o efeito de ajuste obtido pelo novo método do modelo.

É melhor que o circuito equivalente tradicional. O coeficiente de difusão obtido na Tabela 3 a seguir pode ver o resultado da mobilidade iônica líquida e do vapor de água e os resultados da detecção de outras pessoas. O método proposto por Tienquangnguyen se ajusta ajustando a porção do comprimento de difusão finito na impedância CA, a caneta é reta e o comprimento do comprimento de difusão, realizando assim a determinação rápida e precisa de dados rápidos e exatos usando dados de impedância CA.