Lityum elektrik malzemesinin difüzyon katsayısını belirlemek için AC empedans verileri nasıl kullanılır?

Author: Iflowpower - Fornitur Portable Power Station

Lityum-iyon pil, Li+&39;ın pozitif ve negatif kutuplar arasında göçü ve difüzyonu ile pozitif ve negatif elektrotlar arasında Li konsantrasyon farkı oluşturularak elektrik enerjisi depolanmasıdır. Dolayısıyla Li+&39;nın pozitif ve negatif kutuplar arasındaki difüzyonu lityum iyon pil performansını etkilemektedir. Li+&39;ın hızlarını hızlıdan yavaşa doğru çeşitli bağlantılarla sıralayacak olursak, elektrolit içerisindeki Li+ difüzyonunun en fazla olduğu şüphesizdir.

Hızlı, pozitif ve negatif yüzeyde Li + &39;nın yük değişim sürecini takip eder, bu sürecin hızı nispeten yavaştır, kısıtlama hafifletmesini sınırlamak kolaydır ve Li + pozitif ve negatif malzemede en yavaştır, bu Bağlantı aynı zamanda genellikle lityum iyon pilin büyütme performansını kısıtlamanın anahtarıdır. Aktif madde içindeki reaktif maddenin katı faz difüzyon katsayısı anahtar parametre olarak malzeme miktarının anahtarıdır, ancak malzemelerin parametreleri basit değildir. Genel olarak aktif malzemenin katı faz difüzyon katsayısının hesaplanması yönteminde önemli olan potansiyel titrasyonu, sabit akım titrasyonu ve AC empedans verileridir.

Son zamanlarda, Almanya Dresden Teknoloji Üniversitesi&39;nden Tienquangnguyen (İlk Sunucular) ve Corneliabreitkopf (Muhabir Yazar), AC empedans verileri aracılığıyla difüzyon katsayıları elde etmek için yeni bir yol önerdiler. EIS verileri kullanılarak malzeme ediniminin difüzyon katsayısı yeni bir kavram değildir. Elektrot veya malzemenin difüzyon katsayısını hesaplamak için AC empedansında difüzyon empedans değerini kullanan birçok model vardır, ancak bu modeller genellikle difüzyonla birleştirilmelidir.

Uzunluk gibi parametrelerin hesaplanmasında, bu değer genellikle elektrot kalınlığı veya parçacık yarıçapı ile yaklaşık olarak belirlenir. Tienquangnguyen, difüzyon katsayısını hesaplamak için gerekli tüm parametreleri elde etmek amacıyla yalnızca AC empedans verilerinin kullanılmasını önerdi. Difüzyon katsayısının anlamına göre, difüzyon uzunluğu ID ile difüzyon süresi taud arasındaki orana göre bir difüzyon katsayısı elde edebiliriz (aşağıdaki formülde gösterildiği gibi).

Yukarıdaki formülden de anlaşılacağı üzere. Difüzyon katsayısını elde etmek için yukarıdaki parametreleri deney verileri veya teorik model verileriyle elde etmemiz gerekir. Elektrokimyasal sistemde iyon hareketliliği, iki elektrik katmanının kalınlığındaki gevşeme süresi (tau2), lambDAD ve polarizasyona bağlı olarak hesaplanabilir.

Difüzyon katsayısının anahtar parametrelerini elde etmek için öncelikle difüzyon tabakası kalınlığının verilerini elde etmemiz gerekir. Difüzyon tabakası olarak adlandırılan tabaka, difüzyon sürecindeki malzeme konsantrasyonlarının aralığını ifade eder ve Bandaraampmellanderandcoelho ve ark. Ve diğerleri.

Difüzyon tabakasının kalınlığını hesaplamak için model. Aşağıdaki şekilde çift blokaj elektrodunun elektrokimyasal sisteminin empedansı ve kayıp açısı normal değeri gösterilmektedir. Etkin dielektrik sabiti aşağıdaki formülle hesaplanabilir 3, burada j sanal bir birimdir, Delta numunenin kalınlığının yarısı ile difüzyon tabakasının kalınlığı arasındaki orandır, genellikle bu değerin 10&39;dan büyük olduğuna inanırız.

Kayıp açısı, dielektrik kaybı ile gerçek dielektrik sabiti arasındaki orandır (Formül 4&39;te gösterilmiştir). Yukarıdaki Şekil B&39;den, kayıp açısı düğümünün TAU2 zaman sabitinde maksimum değere sahip olduğu ve kayıp açısı normal değeri ile Delta arasındaki ilişkinin Formül 5&39;te gösterildiği görülebilir, dolayısıyla difüzyon tabaka kalınlığı aşağıdaki formül 6 ile hesaplanabilir. EIS verilerinde, sınırlı Warburg difüzyon empedansı difüzyon uzunluğu, difüzyon katsayısı ve difüzyon hızı gibi parametreleri içerir, genellikle difüzyon zaman parametrelerini elde etmek için ZVIEW ve diğer araçlarla EIS tespit sonuçlarını uydurmak için eşdeğer bir devre kullanabiliriz.

Ancak bazı empedans durumlarında, uyum sonuçları çoğu zaman daha az ideal olmaktadır ve bu sorun, AC empedans verilerinde bir geçiş alanına uyum sağlanarak daha doğru verilere uyum sağlanabilmektedir. Sınırlı uzunluktaki Warburg difüzyon empedansı, RW&39;nin sınırlı difüzyon empedansı olduğu formül 7 ile ifade edilebilir ve difüzyon süresi yukarıdaki formül 1 ile hesaplanabilir. Yukarıdaki formüldeki parametre ilişkisi formüller 9, 10&39;da gösterilmiştir ve sonlu difüzyon empedansının katı ve sanal kısmı aşağıdaki formüller 11 ve 12 ile aşağıdaki formül 13&39;ün formatına sadeleştirilebilir.

13&39;te RW&39;nin Z ile Omega1 / 2 arasındaki ilişkisel eğrinin eğimi anlamına gelebileceğini görebiliriz. Yukarıdaki şekil tipik bir AC empedans haritasını göstermektedir, şekilden 45 derecelik geçiş bölgesinde empedans eğrisinin eğimi görülebilmektedir, yani bu bölgedeki empedansın gerçek ve sanal kısmının değeri eşittir. Arayüzün difüzyon süreci ile ilgili olarak aşağıda gösterilen Randles eşdeğer devresini uygulayabiliriz.

WARBURG elemanı ile frekans karekökü ve faz açısı negatif korelasyonlu olduğundan, Warburg elemanının eşdeğer devresini içeren kalem doğrudan ayrıştırma hala çok zorlu bir iştir, bu yüzden onu paralel RW ve CW olarak değiştirebiliriz, bu nedenle aşağıda gösterilen eşdeğer devrenin genel empedansı Formül 15&39;te gösterilmiştir ve toplam empedans gerçek kısmı, Şekil 1&39;de gösterildiği gibi frekans yaklaşık olarak 0 olduğunda arasındadır. 16, gerçek kısım ve sanal kısım, ikinci formül 17 biçiminde elektrot yüzeyinin iki elektriksel katmanının kapasitans değerine dönüştürülebilir, bu da çok küçüktür. Genel olarak, 1-10uf/cm2&39;de, aşağıdaki resim devresindeki toplam empedansın empedansı, Warburg empedansının sanal kısmına, yani z=omGAZ&39;a eşit kabul edilebilir ve difüzyon katsayısının en önemli difüzyon uzunluğu ID&39;si elektronik olarak bulunabilir. Difüzyon katsayısı ve difüzyon süresi hesaplanır (aşağıdaki formül 19&39;da gösterildiği gibi) yükün yükünün aynı olduğunu varsayarak, elektronların difüzyon katsayısı iyon hareketliliği ile değiştirilebilir ve difüzyon süresi kullanılabilir. Şekil&39;de gösterilen frekans eğrisindeki en yüksek noktadaki ark ile ilgili zaman sabiti.

Dolayısıyla yukarıdaki formülü formülde gösterilen formata dönüştürmek mümkündür. Yukarıda belirtilen modele göre yazarlar literatürden gelen verileri ayrıştırdıklarında, aşağıdaki resimden seçilen beş örneğin düşük frekanslı alanın difüzyon eğrisinde belirgin bir farka sahip olduğunu ve birkaç örneğin yarım dairesel bölgeden oluştuğunu görebilmektedir. Daha sonra, nispeten düşük frekans aralığında yaklaşık 45 derece sola ve sağa sınırlı bir difüzyon empedansı vardır ve bu nedenle, yukarıdaki modele göre, WSC = 2, 4, 5, 6 ve 15&39;in çeşitli modellerinin difüzyon zaman sabiti sırasıyla 4&39;tür.

16, 25, 36 ve 225 (Aşağıdaki Tablo 1&39;de gösterilmiştir). Yazar, yukarıdaki modelin etkilerini karşılaştırmak için, sülfat zirkonyum sülfat yüzeyindeki su moleküllerinin adsorpsiyon sürecini ele alır, önce test algılama sonuçlarına uyması için Randles eşdeğer devresini kullanır ve empedansın gerçek kısmını aşağıdaki şekilden görebilir. Test değeri ile uyum değeri arasındaki hata %25&39;e ulaşmış olup, Warburg empedansı içeren devre uyum etkisinin beyanı, yüksek empedansın veya gürültünün nispeten yüksek olduğu durumda ideal değildir.

Bu nedenle uyan sayısal değerler yalnızca Referans olabilir. Aşağıdaki şekilde yazar, geleneksel eşdeğer devre yöntemi ile önerilen model yönteminin uyum etkisini kendisi ile karşılaştırmaktadır. Sol alttaki resimden yeni model yöntemiyle elde edilen uyum etkisini görmek gerekmektedir.

Geleneksel eşdeğer devrelerden daha iyidir. Aşağıdaki Tablo 3&39;ten elde edilen difüzyon katsayısının net iyon hareketliliği ve su buharı sonucu ile diğer kişilerin tespit sonuçları görülebilir. Tienquangnguyen tarafından önerilen yöntem, AC empedansındaki sonlu difüzyon uzunluğu kısmına, kalem düz ve difüzyon uzunluğunun uzunluğuna uydurularak, AC empedans verilerini kullanarak hızlı ve doğru verilerin hızlı ve doğru bir şekilde belirlenmesini gerçekleştirir.