Как использовать данные по сопротивлению переменного тока для определения коэффициента диффузии литиевого электротехнического материала?

Аўтар: Iflowpower - Cyflenwr Gorsaf Bŵer Cludadwy

В литий-ионном аккумуляторе происходит миграция и диффузия Li+ между положительным и отрицательным полюсами, а также устанавливается разность концентраций Li между положительными и отрицательными электродами, тем самым сохраняя электрическую энергию. Таким образом, диффузия Li+ между положительным и отрицательным полюсами влияет на производительность литий-ионного аккумулятора. Если мы отсортируем по различным звеньям от быстрых к медленным скоростям Li+, то нет сомнений, что диффузия Li+ в электролите является наибольшей.

Быстрый, за которым следует процесс обмена зарядом Li + на положительной и отрицательной поверхности, скорость этого процесса относительно медленная, его легко ограничить смягчением ограничений, и Li + является самым медленным в положительном и отрицательном материале, эта связь также часто является ключом к ограничению производительности увеличения литий-ионного аккумулятора. Коэффициент диффузии твердой фазы является ключевым параметром коэффициента диффузии твердой фазы реагирующего вещества в активном веществе, но параметры материалов не являются простыми. Как правило, метод расчета коэффициента диффузии твердой фазы активного материала имеет важное значение для титрования потенциала, титрования при постоянном токе и данных импеданса переменного тока.

Недавно Тиенкуангнгуен (первый исследователь) и Корнелиабрейткопф (автор-корреспондент) из Дрезденского технического университета (Германия) предложили новый способ получения коэффициентов диффузии с использованием данных об импедансе переменного тока. Коэффициент диффузии при получении материалов с использованием данных EIS не является новой концепцией. Существует много моделей, в которых для расчета коэффициента диффузии электрода или материала использовалось значение диффузионного импеданса в импедансе переменного тока, но эти модели обычно приходится комбинировать с диффузией.

Расчет таких параметров, как длина, причем это значение обычно аппроксимируется толщиной электрода или радиусом частицы. Тьенкуангнгуен предложил использовать только данные по сопротивлению переменного тока для получения всех параметров, необходимых для расчета коэффициента диффузии. Исходя из значения коэффициента диффузии, мы можем получить коэффициент диффузии через отношение длины диффузии ID ко времени диффузии taud (как показано в следующей формуле).

Это видно из приведенной выше формулы. Чтобы получить коэффициент диффузии, нам необходимо получить вышеуказанные параметры из экспериментальных данных или данных теоретической модели. В электрохимической системе подвижность ионов можно рассчитать на основе времени релаксации tau2 в толщине двухэлектрического слоя lambDAD и поляризации.

Для получения основных параметров коэффициента диффузии необходимо сначала получить данные о толщине диффузионного слоя. Так называемый диффузионный слой относится к диапазону концентраций материалов в процессе диффузии, а Бандараампмелландерандкоэльо и др. И др.

Модель для расчета толщины диффузионного слоя. На рисунке ниже показано полное сопротивление электрохимической системы двойного блокирующего электрода и нормальное значение угла потерь. Эффективную диэлектрическую проницаемость можно рассчитать по следующей формуле 3, где j — мнимая единица, Delta — отношение половины толщины образца к толщине диффузионного слоя, обычно мы полагаем, что это значение больше 10.

Угол потерь представляет собой отношение диэлектрических потерь к реальной диэлектрической проницаемости (показано в формуле 4). Из приведенного выше рисунка B видно, что узел угла потерь имеет максимальное значение при постоянной времени TAU2, а связь между нормальным значением угла потерь и Delta показана в формуле 5, поэтому толщину диффузионного слоя можно рассчитать по следующей формуле 6. В данных EIS ограниченное диффузионное сопротивление Варбурга содержит такие параметры, как длина диффузии, коэффициент диффузии и скорость диффузии. Обычно мы можем использовать эквивалентную схему для подгонки результатов обнаружения EIS с помощью ZVIEW и других инструментов для получения параметров времени диффузии.

Однако в некоторых случаях некоторого импеданса результаты подгонки часто оказываются не идеальными, и эту проблему можно решить, подогнав более точные данные, путем подгонки переходной области в данных импеданса переменного тока. Диффузионное сопротивление Варбурга ограниченной длины можно выразить формулой 7, где RW — ограниченное диффузионное сопротивление, а время диффузии можно рассчитать по приведенной выше формуле 1. Соотношение параметров в приведенной выше формуле показано в формулах 9, 10, а сплошная и мнимая части конечного диффузионного импеданса могут быть упрощены до формата следующей формулы 13 с помощью следующих формул 11 и 12.

13 мы видим, что RW может означать наклон кривой зависимости между Z и Omega1 / 2. На рисунке выше показана типичная карта импеданса переменного тока, на которой можно увидеть наклон кривой импеданса в переходной зоне в 45 градусов, что означает, что значение действительной и мнимой части импеданса в этой области одинаково. Что касается процесса диффузии интерфейса, мы можем применить эквивалентную схему Рэндлса, показанную ниже.

Поскольку элемент ВАРБУРГ, квадратный корень частоты и фазовый угол отрицательно коррелируют, прямое разложение пера, содержащее эквивалентную схему элемента Варбурга, по-прежнему является очень сложной работой, поэтому мы можем заменить ее параллельными RW и CW, поэтому общий импеданс эквивалентной схемы, показанной ниже, показан в Формуле 15, а действительная часть общего импеданса находится между Когда частота приблизительно равна 0, как показано на рис. 16, действительная часть и мнимая часть могут быть преобразованы в значение емкости двухэлектрического слоя поверхности электрода в форме поверхности электрода в виде второй формулы 17, которая очень мала. Как правило, в 1-10 мкФ/см2 полное сопротивление в следующей схеме рисунка можно считать равным мнимой части полного сопротивления Варбурга, т.е. z = omGAZ, а наиболее важную длину диффузии ID коэффициента диффузии можно вычислить электронным способом. Коэффициент диффузии и время диффузии рассчитываются (как показано в следующей формуле 19), предполагая, что заряд заряда одинаков, так что коэффициент диффузии электронов можно заменить подвижностью ионов, а время диффузии можно использовать. Постоянная времени, соответствующая дуге в самой высокой точке частотной кривой, показанной на ФИГ.

Таким образом, приведенную выше формулу можно преобразовать в формат, показанный в формуле. Согласно вышеупомянутой модели, авторы разлагают данные из литературы и видят, что пять образцов, выбранных из следующего рисунка, имеют отличительные различия в кривой диффузии в области низких частот, а несколько образцов состоят из полукруглой области. Тогда существует ограниченное диффузионное сопротивление около 45 градусов влево и вправо в диапазоне относительно низких частот, и поэтому, согласно приведенной выше модели, постоянная времени диффузии нескольких моделей WSC = 2, 4, 5, 6 и 15 составляет 4 соответственно.

16, 25, 36 и 225 (показано в таблице 1 ниже). Для сравнения эффектов вышеприведенной модели автор берет процесс адсорбции молекул воды на поверхности сульфата циркония, сначала используя эквивалентную схему Рэндлса для подгонки результатов тестового обнаружения, и может увидеть действительную часть импеданса на рисунке ниже. Погрешность между тестовым значением и значением подгонки достигла 25%, а декларация эффекта подгонки схемы, содержащей импеданс Варбурга, не является идеальной в случае, когда высокий импеданс или шум относительно высоки.

Поэтому приведенные числовые значения могут быть только справочными. На рисунке ниже автор сравнивает эффект подгонки метода модели, предложенного традиционным методом эквивалентной схемы и автором. На нижнем левом рисунке виден эффект подгонки, полученный с помощью нового модельного метода.

Это лучше, чем традиционная эквивалентная схема. Коэффициент диффузии, полученный из следующей Таблицы 3, может отображать результат чистой подвижности ионов и водяного пара, а также результаты обнаружения другими людьми. Метод, предложенный Тяньцюаньгюеном, основан на подгонке конечной длины диффузии к сопротивлению переменного тока, перо является прямым, а длина диффузионной длины соответствует длине диффузии, что позволяет быстро и точно определять быстрые и точные данные с использованием данных сопротивления переменного тока.