Làm thế nào để sử dụng dữ liệu trở kháng AC để xác định hệ số khuếch tán của vật liệu điện lithium?

Author: Iflowpower - Fornitur Portable Power Station

Pin lithium-ion là sự di chuyển và khuếch tán của Li+ giữa các cực dương và cực âm, và sự chênh lệch nồng độ Li được thiết lập giữa các điện cực dương và âm, do đó lưu trữ năng lượng điện. Do đó, sự khuếch tán giữa Li+ giữa cực dương và cực âm ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của pin lithium ion. Nếu chúng ta sắp xếp theo nhiều liên kết khác nhau từ tốc độ nhanh đến chậm của Li+, thì không còn nghi ngờ gì nữa, sự khuếch tán của Li+ trong chất điện phân là nhiều nhất.

Nhanh chóng, tiếp theo là quá trình trao đổi điện tích của Li+ ở bề mặt dương và âm, tốc độ của quá trình này tương đối chậm, dễ hạn chế việc giảm thiểu hạn chế, và Li+ là chậm nhất trong vật liệu dương và âm, liên kết này cũng thường là chìa khóa để hạn chế hiệu suất phóng đại của pin lithium ion. Là một thông số quan trọng của hệ số khuếch tán pha rắn của chất phản ứng trong chất hoạt động, hệ số khuếch tán pha rắn là chìa khóa cho lượng vật liệu, nhưng các thông số của vật liệu không đơn giản. Nhìn chung, phương pháp tính hệ số khuếch tán pha rắn của vật liệu hoạt động có dữ liệu chuẩn độ thế, chuẩn độ dòng điện không đổi và trở kháng AC quan trọng.

Gần đây, Tienquangnguyen (First Servers) và Corneliabreitkopf (Tác giả liên hệ) của Đại học Công nghệ Dresden, Đức đã đề xuất một phương pháp mới để thu được hệ số khuếch tán thông qua dữ liệu trở kháng AC. Hệ số khuếch tán của việc thu thập vật liệu bằng dữ liệu EIS không phải là một khái niệm mới. Có nhiều mô hình sử dụng giá trị trở kháng khuếch tán trong trở kháng AC để tính hệ số khuếch tán của điện cực hoặc vật liệu, nhưng các mô hình này thường phải kết hợp với khuếch tán.

Tính toán các thông số như chiều dài và giá trị này thường được ước tính gần đúng theo độ dày điện cực hoặc bán kính hạt. Cách mà Tienquangnguyen đề xuất chỉ sử dụng dữ liệu trở kháng AC để thu được tất cả các thông số cần thiết để tính hệ số khuếch tán. Theo ý nghĩa của hệ số khuếch tán, ta có thể thu được hệ số khuếch tán theo tỷ số giữa độ dài khuếch tán ID và thời gian khuếch tán taud (như thể hiện trong công thức sau).

Có thể thấy điều này từ công thức trên. Để có được hệ số khuếch tán, chúng ta phải lấy các thông số trên bằng dữ liệu thực nghiệm hoặc dữ liệu mô hình lý thuyết. Trong hệ thống điện hóa, độ linh động của ion có thể được tính toán dựa trên thời gian giãn nở tau2 trong độ dày của lớp hai điện lambDAD và độ phân cực.

Để có được các thông số chính của hệ số khuếch tán, trước tiên chúng ta phải có dữ liệu về độ dày của lớp khuếch tán. Cái gọi là lớp khuếch tán đề cập đến phạm vi nồng độ vật liệu trong quá trình khuếch tán và Bandaraampmellanderandcoelho et al. Cùng cộng sự.

Mô hình tính toán độ dày của lớp khuếch tán. Hình bên dưới cho thấy trở kháng của hệ thống điện hóa của điện cực chặn kép và giá trị bình thường của góc mất mát. Hằng số điện môi hiệu dụng có thể được tính theo công thức 3 sau, trong đó j là một đơn vị ảo, Delta là tỷ số giữa một nửa độ dày của mẫu và độ dày của lớp khuếch tán, thông thường chúng ta tin rằng giá trị này lớn hơn 10.

Góc mất mát là tỷ số giữa tổn thất điện môi và hằng số điện môi thực (được hiển thị trong Công thức 4). Từ hình B ở trên, có thể thấy rằng nút góc mất mát có giá trị cực đại tại hằng số thời gian TAU2 và mối quan hệ giữa giá trị chuẩn của góc mất mát và Delta được thể hiện trong Công thức 5, do đó độ dày lớp khuếch tán có thể được tính theo công thức 6 sau. Trong dữ liệu EIS, trở kháng khuếch tán Warburg giới hạn chứa các thông số như độ dài khuếch tán, hệ số khuếch tán và vận tốc khuếch tán, thông thường chúng ta có thể sử dụng mạch tương đương để phù hợp với kết quả phát hiện EIS của ZVIEW và các công cụ khác để thu được các thông số thời gian khuếch tán.

Tuy nhiên, trong một số trường hợp có trở kháng nhất định, kết quả khớp nối thường không lý tưởng và có thể điều chỉnh vấn đề này để khớp với dữ liệu chính xác hơn bằng cách điều chỉnh vùng chuyển tiếp trong dữ liệu trở kháng AC. Trở kháng khuếch tán Warburg có chiều dài giới hạn có thể được biểu thị theo công thức 7, trong đó RW là trở kháng khuếch tán giới hạn và thời gian khuếch tán có thể được tính theo công thức 1 ở trên. Mối quan hệ tham số trong công thức trên được thể hiện ở công thức 9, 10 và phần rắn và phần ảo của trở kháng khuếch tán hữu hạn có thể được đơn giản hóa thành dạng công thức 13 sau theo công thức 11 và 12 sau.

13 chúng ta có thể thấy rằng RW có thể có nghĩa là độ dốc của đường cong quan hệ giữa Z và Omega1 / 2. Hình trên cho thấy bản đồ trở kháng AC điển hình, có thể thấy độ dốc của đường cong trở kháng trong vùng chuyển tiếp góc 45 độ so với hình, điều này có nghĩa là giá trị của phần thực và phần ảo của trở kháng trong vùng này là bằng nhau. Liên quan đến quá trình khuếch tán của giao diện, chúng ta có thể mô phỏng mạch tương đương Randles như minh họa bên dưới.

Vì phần tử WARBURG và căn bậc hai tần số và góc pha có tương quan âm nên phân tích trực tiếp bút chứa mạch tương đương của phần tử Warburg vẫn là một công việc rất khó khăn, vì vậy chúng ta có thể thay thế nó thành RW và CW song song, do đó trở kháng tổng thể của mạch tương đương được hiển thị bên dưới được thể hiện trong Công thức 15 và phần thực trở kháng tổng nằm giữa Khi tần số xấp xỉ 0 như thể hiện trong Hình. 16, phần thực và phần ảo có thể được chuyển đổi thành giá trị điện dung của lớp hai điện của bề mặt điện cực dưới dạng bề mặt điện cực dưới dạng công thức thứ hai 17, rất nhỏ. Nhìn chung, trong 1-10uf / cm2, trở kháng của tổng trở trong mạch hình ảnh sau có thể được coi là bằng với phần ảo của trở kháng Warburg, tức là z = omGAZ và chiều dài khuếch tán quan trọng nhất ID của hệ số khuếch tán có thể là điện tử Hệ số khuếch tán và thời gian khuếch tán được tính toán (như thể hiện trong công thức 19 sau) giả sử rằng điện tích của điện tích là như nhau, do đó hệ số khuếch tán của các electron có thể được thay thế bằng độ linh động của ion và thời gian khuếch tán có thể được sử dụng Hằng số thời gian tương ứng với cung tại điểm cao nhất trong đường cong tần số được hiển thị trong HÌNH.

Do đó, công thức trên có thể được chuyển đổi thành định dạng hiển thị trong công thức. Theo mô hình nêu trên, tác giả phân tích dữ liệu từ các tài liệu, có thể thấy năm mẫu được chọn từ hình ảnh sau có sự khác biệt rõ rệt về đường cong khuếch tán của vùng tần số thấp và một số mẫu được tạo thành từ vùng hình bán nguyệt. Sau đó, có một trở kháng khuếch tán giới hạn khoảng 45 độ sang trái và phải trong phạm vi tần số tương đối thấp và do đó, theo mô hình trên, hằng số thời gian khuếch tán của một số mô hình WSC = 2, 4, 5, 6 và 15 lần lượt là 4.

16, 25, 36 và 225 (hiển thị trong Bảng 1 bên dưới). Để so sánh hiệu quả của mô hình trên, tác giả lấy quá trình hấp phụ các phân tử nước trên bề mặt của sunfat zirconium sunfat, trước tiên sử dụng mạch tương đương Randles để phù hợp với kết quả phát hiện thử nghiệm và có thể thấy phần trở kháng thực tế từ hình bên dưới. Sai số giữa giá trị thử nghiệm và giá trị lắp đặt đạt tới 25% và tuyên bố về hiệu ứng lắp đặt mạch có chứa trở kháng Warburg không lý tưởng trong trường hợp trở kháng cao hoặc nhiễu tương đối cao.

Do đó, các giá trị số phù hợp chỉ có thể mang tính chất tham khảo. Trong hình dưới đây, tác giả so sánh hiệu quả phù hợp của phương pháp mô hình do phương pháp mạch tương đương truyền thống đề xuất và tác giả. Từ hình ảnh phía dưới bên trái, cần phải thấy hiệu ứng phù hợp thu được bằng phương pháp mô hình mới.

Nó tốt hơn mạch tương đương truyền thống. Hệ số khuếch tán thu được từ Bảng 3 sau đây có thể thấy kết quả về độ di động của ion ròng và hơi nước cũng như kết quả phát hiện của những người khác. Phương pháp do Tiến quang nguyên đề xuất phù hợp bằng cách lắp phần chiều dài khuếch tán hữu hạn vào trở kháng AC, bút thẳng và chiều dài chiều dài khuếch tán, do đó thực hiện việc xác định nhanh và chính xác dữ liệu nhanh và chính xác khi sử dụng dữ liệu trở kháng AC.