电化学阻抗谱测量:四端传感的重要性

本程序采用电化学阻抗谱(EIS)对商用电池进行两路连接后的阻抗测试。分析了所得阻抗值的差异。

商用电池属于低阻抗测试设备(dut)。为了在这类器件中找到阻抗，已经提出了最佳实践。第一种方法是在感应电位差的引线和携带电流的引线之间实现分离。

下一种方法是连接电势传感引线，使它们与DUT之间的距离尽可能小，以减少任何额外的电线，在这种设备的情况下，人为地增加阻抗。

第一次测量EIS

电池阻抗通过两个端子连接，RE和CE引脚连接，使其短路，并与电池负极引出的黑色导线连接。WE和S线同样连接在一起，也连接在红色的阳极线上。

EIS的第二次测量

电池传感是通过四个端子连接完成的，也称为开尔文传感配置。CE线和WE线分别进入阴极和阳极，RE线连接在电池和阴极的交汇点，S线连接在阳极和电池的对应点。

图1所示。两端(A)和四端(B)传感配置的说明。

引线配置的变化会导致测量时产生不同的阻抗值。这是因为RE和S引线现在测量的是电位差V_RE-S，但CE和WE引线是导电的我_CE-WE为了对抗电池内部电位的降低，也就是，V_下降。

由于CE和WE线的配置没有变化，所以这两个步骤的电流值保持不变。电势降也是常数，由下式计算:

V下降=我CE-WE。Z合计=我CE-WE(Z。蝙蝠+ Z电线）

(1）

Z_合计表示总阻抗的是电池和导线的阻抗之和，Z_蝙蝠和Z_电线。潜在的差异V_RE-S在两端构型中测量的结果仍然不同于开尔文构型。RE和S是测量电位差的值V_RE-S哪个可以用乘法计算出来我_CE-WE与(Z_蝙蝠+ Z_电线）。简而言之,V_RE-S是一样的V_下降在方程1。

V(RE-S)= V下降=我CE-WE(Z。蝙蝠+ Z电线）

（2）

在第二种构型中，RE和S测量的电位差等于的乘积我_CE-WE和Z_蝙蝠。

VRE-S B=我CE-WE(Z。蝙蝠）

（3）

这就是为什么在DUT上的EIS的二端传感配置与使用四端配置的相同测试相比，将显示更高的阻抗值，并且差值等于Z_电线。

实验装置

EIS测试使用带有FRA32M模块的Metrohm Autolab PGSTAT204进行。本实验采用可充电锂离子电池Ansmann 18650，标称容量为2600 mAh，标称电压为3.7 V。

图2。Metrohm Autolab PGSTAT204，配备FRA32M模块。

EIS的恒电位器测量是在开路电位(OCP)下进行的，频率在1 kHz到100 mHz之间，振幅为10 mV，速率为每10个频率。

结果与讨论

在电池上使用四端和二端配置的EIS测量被绘制在奈奎斯特图上，显示前者通常比后者低。

图3。在四端(黑点)和二端(红点)传感配置的锂离子电池上进行的EIS测量的Nyquist图。

两个图之间的位移幅值与在二端装置中使用的导线的阻抗成正比。这是估计使用阻抗值在- z”=0，此时阻抗的唯一贡献是电阻性的。

这是减去前者，以找到电阻的组成部分(由于电线)在整体阻抗。在NOVA软件中使用Interpolate命令可以快速得到这些结果。

图4。奈奎斯特图上的插值命令与四端传感EIS测量有关。

表1。电阻对两种配置的整体阻抗的贡献值

连接	R (mΩ)
双端传感	124
四端传感	101

如果发现电阻值的差异，它给出了两端设置中引线的电阻贡献，或R_电线= 23 mΩ。此外，后一种结构，当绘制时，尾部向阻抗的虚端或负端(- z”）随着频率的增加，这种特性会更加强烈，这通常是由于所使用引线的电感引起的，虽然现在还不能详细解释。

另一个发现是，开尔文结构只有在低阻抗dut的EIS测量时才有用，因为导线引起的阻抗相对较小的分量变得重要。

结论

采用两种传感结构测量商用电池的EIS。在此基础上，探讨了四端结构在低阻抗DUT精确EIS测量中的贡献。由于导线的电阻特性而产生的阻抗分量及其在这种情况下的二端传感配置中的重要性也被计算和讨论。

这些信息都是从米特hm AG提供的材料中获取、审查和改编的。欧洲杯足球竞彩

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