電化學(xué)阻抗譜是在電化學(xué)電池處于平衡狀態(tài)下(開(kāi)路狀態(tài))或者在某一穩(wěn)定的直流極化條件下,按照正弦規(guī)律施加小幅交流激勵(lì)信號(hào),研究電化學(xué)的交流阻抗隨頻率的變化關(guān)系,稱(chēng)之為頻率域阻抗分析方法。也可以固定頻率,測(cè)量電化學(xué)電池的交流阻抗隨時(shí)間的變化,稱(chēng)之為時(shí)間域阻抗分析方法。鋰離子電池的基礎(chǔ)研究中更多的用頻率域阻抗分析方法。EIS由于記錄了電化學(xué)電池不同響應(yīng)頻率的阻抗,而一般測(cè)量覆蓋了寬的頻率范圍(μHz-MHz),因此可以分析反應(yīng)時(shí)間常數(shù)存在差異的不同的電極過(guò)程。2.1電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)信息的測(cè)量電化學(xué)阻抗譜在鋰離子電池電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究中的應(yīng)用非常多。一般認(rèn)為,Li+在嵌入化合物電極中的脫出和嵌入過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟,如圖1所示,①電子通過(guò)活性材料顆粒間的輸運(yùn)、Li+在活性材料顆粒空隙間電解液中的輸運(yùn);②Li+通過(guò)活性材料顆粒表面絕緣層(SEI)的擴(kuò)散遷移;③電子/離子在導(dǎo)電結(jié)合處的電荷傳輸過(guò)程;④Li+在活性材料顆粒內(nèi)部的固體擴(kuò)散過(guò)程;⑤Li+在活性材料中的累積和消耗以及由此導(dǎo)致活性材料顆粒晶體結(jié)構(gòu)的改變或新相的生成。通過(guò)動(dòng)態(tài)EIS技術(shù),可以深入了解鋰電池的電荷傳遞過(guò)程,為電池性能優(yōu)化提供指導(dǎo)。貴州動(dòng)態(tài)eis價(jià)格信息
在電池老化壽命研究方面,徐鑫珉等采用循環(huán)充放電方式對(duì)磷酸鐵鋰電池樣本進(jìn)行了老化實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試。他們提出了基于交流阻抗的SOH計(jì)算公式,并驗(yàn)證了電流擾動(dòng)激勵(lì)測(cè)試電池交流阻抗的可行性。依據(jù)所獲得的阻抗數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)低頻阻抗與SOH呈現(xiàn)單調(diào)遞增的規(guī)律。使用線(xiàn)性擬合方式獲得了電池老化曲線(xiàn),這為使用阻抗數(shù)據(jù)計(jì)算SOH,預(yù)測(cè)電池使用壽命提拱了算法支持和理論依據(jù)。等效電路模型對(duì)于阻抗定量的分析具有積極作用。謝媛媛等將模型預(yù)測(cè)的阻抗與實(shí)驗(yàn)獲得的阻抗結(jié)合到一起分析,既驗(yàn)證了模型的有效性,又可以充分利用模型和實(shí)驗(yàn)在區(qū)分阻抗成份上各自具有的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)條件為充電倍率0.5C,溫度25℃。循環(huán)次數(shù)增加,歐姆阻抗變化不明顯,電荷傳遞阻抗明顯增加,擴(kuò)散阻抗減小,總體阻抗呈增大的趨勢(shì)??梢灶A(yù)測(cè),隨著循環(huán)次數(shù)增加,阻抗譜很難區(qū)分各頻率成分的影響,使用等效模型計(jì)算各阻抗參數(shù)將變得更加有效。安徽動(dòng)態(tài)eis有哪些動(dòng)態(tài)EIS技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)鋰電池的智能化管理,為電池系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。
電化學(xué)阻抗譜EIS是一種“準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)頻率域測(cè)量方法”,它可測(cè)量電勢(shì)和電流間存在著線(xiàn)性關(guān)系。具體地說(shuō)就是給電化學(xué)系統(tǒng)施加一個(gè)頻率不同的小振幅的交流電勢(shì)波,這個(gè)交流電勢(shì)波與電流信號(hào)的比值,我們稱(chēng)為系統(tǒng)的阻抗。當(dāng)我們將電化學(xué)系統(tǒng)看成一個(gè)由電阻、電容和電感等基本元件組成的等效電路,并通過(guò)EIS,對(duì)等效電路的構(gòu)成及元件大小進(jìn)行測(cè)量,同時(shí)根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)電化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和電極過(guò)程進(jìn)行分析。EIS測(cè)定的頻率范圍很寬,因此,使得測(cè)量結(jié)果的數(shù)學(xué)處理簡(jiǎn)化,同時(shí)也可得到比常規(guī)電化學(xué)方法更多的動(dòng)力學(xué)和電極界面結(jié)構(gòu)的信息。
在EIS測(cè)試設(shè)置時(shí),通常有兩種選擇GEIS(電流激勵(lì)EIS)和PEIS(電壓激勵(lì)EIS),GEIS是輸入電流信號(hào),輸出電壓信號(hào),PEIS是輸入電壓信號(hào),輸出電流信號(hào),那么什么時(shí)候選擇哪一種?有什么依據(jù)嗎?選擇PEIS的場(chǎng)景:未知的電化學(xué)體系,5-20mV的電壓幅度選擇GEIS的場(chǎng)景:低阻抗體系和狀態(tài)改變的體系,小于10%容量的電流幅度例如阻抗只有幾mΩ的電芯,施加一個(gè)小的電壓擾動(dòng)的話(huà),根據(jù)歐姆定律U=IR,會(huì)產(chǎn)生很大的電流值,這樣就可能破壞電芯的穩(wěn)定狀態(tài),如果施加一個(gè)合適的電流擾動(dòng),那么得到的電壓值也會(huì)比較小,電芯的穩(wěn)定狀態(tài)就不會(huì)被破壞掉。在一個(gè)狀態(tài)改變的體系中,例如自發(fā)形成的腐蝕或者正在充放電中的電芯,OCV電壓發(fā)生改變,我們可以觀察EvsI的斜率,斜率指的是需要的阻抗,下圖a)中,PEIS中的重點(diǎn)可認(rèn)為穩(wěn)定電壓,起始是藍(lán)線(xiàn),t=0,黑點(diǎn)是施加的處斜率指阻抗,當(dāng)t=tmax,曲線(xiàn)向左移動(dòng),此時(shí)觀察的點(diǎn)為Et=0與黃線(xiàn)相交點(diǎn),可發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)的斜率明顯與t=0時(shí)的黑點(diǎn)不相同,而在b)中,GEIS保證電流時(shí)穩(wěn)定的,均在0附近,那么曲線(xiàn)移動(dòng)后,并未改變觀察點(diǎn)的位置,所以斜率不變,故此時(shí)GEIS要比PEIS效果要好很多。在鋰電池梯次利用中,動(dòng)態(tài)EIS是評(píng)估電池再利用價(jià)值的重要工具。
磷鐵鋰電池的EIS阻抗譜具有多種展示方法,常用的為復(fù)數(shù)阻抗圖和阻抗波特圖。復(fù)數(shù)阻抗圖是以阻抗的實(shí)部為橫軸,負(fù)的虛部為縱軸繪制的曲線(xiàn),亦稱(chēng)之為Nyquist圖或Cole-cole圖。通過(guò)分析阻抗譜圖,可以獲得電池系統(tǒng)的電化學(xué)特性參數(shù),如電解液電導(dǎo)率、電極材料的電化學(xué)反應(yīng)速率等。在實(shí)際應(yīng)用中,EIS阻抗譜通常與其他測(cè)試方法結(jié)合使用,以更好地了解磷鐵鋰電池的電化學(xué)特性和性能表現(xiàn)。例如,通過(guò)將EIS阻抗譜與恒流充放電測(cè)試相結(jié)合,可以更準(zhǔn)確地評(píng)估電池的容量、內(nèi)阻等性能參數(shù),預(yù)測(cè)電池的壽命和性能衰減趨勢(shì)。此外,EIS阻抗譜還可以用于指導(dǎo)磷鐵鋰電池的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高電池的能量密度和安全性。動(dòng)態(tài)EIS技術(shù)為電池的回收和再利用提供了有效的評(píng)估手段,促進(jìn)環(huán)保。貴州動(dòng)態(tài)eis價(jià)格信息
利用動(dòng)態(tài)EIS檢測(cè)設(shè)備,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋰電池的健康狀態(tài),保障電池安全使用。貴州動(dòng)態(tài)eis價(jià)格信息
動(dòng)態(tài)EIS系統(tǒng)在電池領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣,除了上述提到的電池性能評(píng)估、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、老化研究、電池管理系統(tǒng)和新型電池材料研究外,還有以下幾個(gè)方面:電池故障診斷:動(dòng)態(tài)EIS系統(tǒng)可以用于檢測(cè)電池內(nèi)部的故障,如電解質(zhì)損失、電極材料腐蝕等。通過(guò)分析阻抗譜的特征,可以確定故障類(lèi)型和位置,從而指導(dǎo)電池的維修和保養(yǎng)。電池安全性能研究:動(dòng)態(tài)EIS系統(tǒng)可以用于研究電池的安全性能,例如過(guò)充、過(guò)放、高溫等條件下電池的阻抗變化。通過(guò)分析這些條件下的阻抗譜,可以深入了解電池的安全性能,為電池的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供依據(jù)。電池循環(huán)壽命評(píng)估:通過(guò)監(jiān)測(cè)電池在循環(huán)充放電過(guò)程中的阻抗譜變化,可以評(píng)估電池的循環(huán)壽命。阻抗譜的變化趨勢(shì)可以反映電池性能的退化程度,從而預(yù)測(cè)電池的壽命和性能衰減程度。電解液優(yōu)化:動(dòng)態(tài)EIS系統(tǒng)可以用于研究電解液對(duì)電池性能的影響。通過(guò)測(cè)量不同電解液配方下的阻抗譜,可以評(píng)估電解液的電化學(xué)性質(zhì)和傳輸特性,從而優(yōu)化電解液的組成和性能。電池?zé)峁芾恚簞?dòng)態(tài)EIS系統(tǒng)可以用于研究電池的熱性能,例如溫度對(duì)電池阻抗的影響。通過(guò)測(cè)量不同溫度下的阻抗譜,可以了解電池的熱穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)性能,為電池的熱管理提供重要信息。貴州動(dòng)態(tài)eis價(jià)格信息