Jinsi ya kutumia data ya impedance ya AC kuamua mgawo wa uenezaji wa nyenzo za umeme za lithiamu?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Umhlinzeki Wesiteshi Samandla Esiphathekayo

Betri ya lithiamu-ion ni uhamiaji na uenezaji wa Li + kati ya miti chanya na hasi, na tofauti ya mkusanyiko wa Li imeanzishwa kati ya electrodes chanya na hasi, na hivyo kuhifadhi nishati ya umeme. Kwa hiyo, mgawanyiko kati ya Li + kati ya nguzo chanya na hasi huathiri utendaji wa betri ya lithiamu ion. Ikiwa tumepangwa katika viungo mbalimbali kutoka kwa kasi ya haraka-hadi-polepole ya Li +, hakuna shaka kwamba mgawanyiko wa Li + katika electrolyte ni wengi zaidi.

Haraka, ikifuatiwa na mchakato wa kubadilishana malipo ya Li + katika uso chanya na hasi, kasi ya mchakato huu ni polepole, ni rahisi kupunguza upunguzaji wa kizuizi, na Li + ni polepole zaidi katika nyenzo chanya na hasi, hii Kiungo pia mara nyingi ni ufunguo wa kuzuia utendaji wa ukuzaji wa betri ya lithiamu ion. Kama kigezo muhimu mgawo dhabiti wa uenezaji wa awamu ya dutu tendaji katika dutu amilifu, mgawo dhabiti wa uenezaji wa awamu ndio ufunguo wa kiasi cha nyenzo, lakini vigezo vya nyenzo si rahisi. Kwa ujumla, mbinu ya kukokotoa mgawo dhabiti wa uenezaji wa awamu ya nyenzo amilifu ina uwezo muhimu wa kuweka alama, uwekaji alama wa sasa wa mara kwa mara, na data ya kizuizi cha AC.

Hivi majuzi, Tienquangnguyen (Seva za Kwanza) na Corneliabreitkopf (Mwandishi Sambamba) wa Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Dresden cha Ujerumani walipendekeza njia mpya ya kupata mgawo wa usambaaji kupitia data ya kizuizi cha AC. Mgawo wa uenezaji wa kupata nyenzo kwa kutumia data ya EIS sio dhana mpya. Kumekuwa na miundo mingi ambayo imetumia thamani ya kizuizi cha usambaaji katika kizuizi cha AC ili kukokotoa mgawo wa usambaaji wa elektrodi au nyenzo, lakini miundo hii kwa kawaida lazima ichanganywe na usambaaji.

Uhesabuji wa vigezo kama vile urefu, na thamani hii kwa kawaida inakadiriwa na unene wa elektrodi au radius ya chembe. Jinsi Tienquangnguyen alivyopendekeza kutumia data ya kizuizi cha AC kupata vigezo vyote vinavyohitajika ili kukokotoa mgawo wa usambaaji. Kulingana na maana ya mgawo wa usambaaji, tunaweza kupata mgawo wa usambaaji kwa uwiano kati ya kitambulisho cha urefu wa usambaaji na taud ya muda wa usambaaji (kama inavyoonyeshwa katika fomula ifuatayo).

Inaweza kuonekana kutoka kwa formula hapo juu. Ili kupata mgawo wa uenezaji lazima tupate vigezo vilivyo hapo juu kwa data ya majaribio au data ya mfano wa kinadharia. Katika mfumo wa kielektroniki, uhamaji wa ioni unaweza kuhesabiwa kulingana na wakati wa kupumzika tau2 katika unene wa safu ya lambDAD ya umeme-mbili na ubaguzi.

Ili kupata vigezo muhimu vya mgawo wa kueneza, lazima kwanza tupate data ya unene wa safu ya uenezi. Kinachojulikana safu ya uenezi inarejelea anuwai ya viwango vya nyenzo katika mchakato wa usambaaji, na Bandaraampmellanderandcoelho et al. Et al.

Mfano wa kuhesabu unene wa safu ya kueneza. Takwimu hapa chini inaonyesha impedance ya mfumo wa electrochemical wa electrode ya kuzuia mara mbili na angle ya kupoteza thamani ya kawaida. Kiwango cha kudumu cha dielectri kinachofaa kinaweza kuhesabiwa kwa fomula ifuatayo ya 3, ambapo j ni kitengo cha kufikirika, Delta ni uwiano kati ya nusu ya unene wa sampuli na unene wa safu ya usambaaji, kwa kawaida tunaamini thamani hii ni kubwa kuliko 10.

Pembe ya upotezaji ni uwiano kati ya upotezaji wa dielectri na ile isiyobadilika ya dielectri (iliyoonyeshwa katika Mfumo wa 4). Kutoka kwa takwimu hapo juu B, inawezekana kuona kwamba nodi ya angle ya kupoteza ina thamani ya juu kwa wakati huo huo TAU2 mara kwa mara, na uhusiano kati ya thamani ya kawaida ya angle ya kupoteza na Delta imeonyeshwa katika Mfumo wa 5, hivyo unene wa safu ya uenezi unaweza kuhesabiwa kwa formula 6 ifuatayo. Katika data ya EIS, kizuizi kikomo cha usambaaji cha Warburg kina vigezo kama vile urefu wa usambaaji, mgawo wa usambaaji, na kasi ya usambaaji, kwa kawaida tunaweza kutumia sakiti sawia ili kutoshea matokeo ya ugunduzi wa EIS kwa kutumia ZVIEW na zana zingine ili kupata vigezo vya muda wa usambaaji.

Hata hivyo, katika baadhi ya matukio ya uzuiaji fulani, matokeo ya kufaa mara nyingi huwa si ya kawaida, na tatizo hili linaweza kusasishwa ili kutoshea data sahihi zaidi kwa kuweka eneo la mpito katika data ya kizuizi cha AC. Urefu mdogo wa kizuizi cha uenezaji wa Warburg unaweza kuonyeshwa katika fomula ya 7, ambapo RW ni kizuizi kikomo cha uenezaji, na muda wa usambaaji unaweza kuhesabiwa kwa fomula ya 1 iliyo hapo juu. Uhusiano wa kigezo katika fomula iliyo hapo juu unaonyeshwa katika fomula 9, 10, na sehemu thabiti na ya kufikirika ya kizuizi chenye kikomo cha usambaaji inaweza kurahisishwa katika umbizo la fomula ifuatayo ya 13 kwa fomula ifuatayo ya 11 na 12.

13 tunaweza kuona kwamba RW inaweza kumaanisha mteremko wa curve ya uhusiano kati ya Z na Omega1 / 2. Takwimu hapo juu inaonyesha ramani ya kawaida ya impedance ya AC, ambayo inaweza kuona mteremko wa curve ya impedance katika eneo la mpito la digrii 45 kutoka kwa takwimu, ambayo ina maana kwamba thamani ya sehemu halisi na ya kufikiria ya impedance katika eneo hili ni sawa. Kuhusiana na mchakato wa usambaaji wa kiolesura, tunaweza kutoshea mzunguko sawa wa Randles ulioonyeshwa hapa chini.

Kwa kuwa kipengele cha WARBURG na mzizi wa mzunguko wa mzunguko na pembe ya awamu zimeunganishwa vibaya, mtengano wa moja kwa moja wa kalamu una mzunguko sawa wa kipengele cha Warburg bado ni Kazi yenye changamoto nyingi, kwa hivyo tunaweza kuibadilisha kama RW na CW sambamba, kwa hivyo uzuiaji wa jumla wa mzunguko sawa ulioonyeshwa hapa chini unaonyeshwa kwenye Mfumo wa 15, na jumla ya kizuizi kati ya 0 kama mzunguko halisi ni takriban 0. 16, sehemu halisi na sehemu ya kufikiria inaweza kubadilishwa kuwa thamani ya capacitance ya safu mbili za umeme za uso wa uso wa electrode kwa namna ya uso wa electrode kwa namna ya formula ya pili 17, ambayo ni ndogo sana. Kwa ujumla, katika 1-10uf / cm2, impedance ya jumla ya impedance katika mzunguko wa picha ifuatayo inaweza kuchukuliwa kuwa sawa na sehemu ya kufikiria ya Impedans ya Warburg, yaani z = omGAZ, na kitambulisho muhimu zaidi cha urefu wa mgawo wa mgawo wa usambazaji kinaweza kuwa kielektroniki. mgawo wa uenezaji wa elektroni unaweza kubadilishwa na uhamaji wa ioni, na muda wa uenezi unaweza kutumika Muda wa mara kwa mara unaofanana na arc katika hatua ya juu zaidi katika mzunguko wa mzunguko unaoonyeshwa kwenye FIG.

Kwa hivyo, fomula iliyo hapo juu inaweza kubadilishwa kuwa muundo ulioonyeshwa kwenye fomula. Kulingana na waandishi wa mfano waliotajwa hapo juu hutengana data kutoka kwa fasihi, inaweza kuona sampuli tano zilizochaguliwa kutoka kwa picha ifuatayo zina tofauti tofauti katika mduara wa uenezaji wa eneo la mzunguko wa chini, na sampuli kadhaa zinaundwa na eneo la nusu-mviringo. Halafu kuna kizuizi kidogo cha kueneza cha digrii 45 kushoto na kulia katika safu ya masafa ya chini, na kwa hivyo, kulingana na mfano hapo juu, wakati wa kueneza mara kwa mara wa mifano kadhaa ya WSC = 2, 4, 5, 6 na 15 ni 4, mtawaliwa.

16, 25, 36, na 225 (iliyoonyeshwa kwenye Jedwali 1 hapa chini). Ili kulinganisha athari za modeli iliyo hapo juu, mwandishi anachukua mchakato wa utangazaji wa molekuli za maji kwenye uso wa salfa ya zirconium sulphate, kwanza kwa kutumia mzunguko sawa wa Randles kutoshea matokeo ya ugunduzi wa jaribio, na anaweza kuona sehemu halisi ya kizuizi kutoka kwa takwimu iliyo hapa chini. Hitilafu kati ya thamani ya mtihani na thamani ya kufaa ilifikia 25%, na tamko la athari ya kufaa ya mzunguko iliyo na impedance ya Warburg sio bora katika kesi ambapo impedance ya juu au kelele ni ya juu kiasi.

Kwa hivyo, maadili ya nambari yanaweza kuwa Marejeleo tu. Katika takwimu hapa chini, mwandishi analinganisha athari ya kufaa ya njia ya mfano iliyopendekezwa na njia ya jadi ya mzunguko sawa na mwandishi. Kutoka kwenye picha ya chini kushoto, ni muhimu kuona athari ya kufaa iliyopatikana kwa njia mpya ya mfano.

Ni bora kuliko mzunguko wa jadi sawa. Mgawo wa usambaaji unaopatikana kutoka kwa Jedwali la 3 lifuatalo unaweza kuona matokeo ya uhamaji wa ioni wavu na mvuke wa maji na matokeo ya ugunduzi wa watu wengine. Njia iliyopendekezwa na Tienquangnguyen inafaa kwa kuweka sehemu ya urefu wa uenezi wa mwisho katika kizuizi cha AC, kalamu ni sawa na urefu wa urefu wa utbredningen, na hivyo kutambua uamuzi wa haraka na sahihi wa data ya haraka na sahihi kwa kutumia data ya AC impedance.