来自肯特大学的化学系科学家在安卡拉,土耳其,分析了锂电池使用非线性谐波分析和EIS。通过比较实验测量和数学模拟,作者已经确定了谐波失真和其他关键因素在这些设备。他们的工作发表在《华尔街日报》Electrochimica学报。
研究:非线性谐波的EIS与锂电池阳极:适当的控制和分析。图片来源:微笑战斗/ Shutterstock.com
电池的化学和电化学阻抗谱特征
锂离子电池已经成为电气化的基础技术几个交通和工业等行业。准确的描述他们的化学反应是至关重要的,确保最佳的操作,和一些分析技术可用于这一目的。
电化学阻抗谱(EIS)已成为一个高度合适的分析方法详细分析和分类锂电池。该方法便于研究人员由于其非破坏性,非侵入性,和现场自然。这至关重要,因为电池是非常被动的,而且是具有挑战性的”来形容他们,除非他们是在密封的细胞。
然而,EIS数据有局限性。问题与线性和测量需求意味着固定条件必须维护阻碍EIS测量的准确性和有效性。未能满足这些条件可能会导致不准确的数据和结论。
开发了一些策略来解决这些限制在最近的研究。这包括使用Kramers-Kronig关系检查兼容性,以及监测总谐波失真。这两种方法可以用来评估数据平稳性和线性。
谐波分析
总谐波失真分析交替时域响应信号在频域。这揭示了高阶谐波的存在以及基本的反应。这是然后分配扭曲。通过调节励磁参数同时监测谐波水平低于噪声水平,EIS数据。
一般来说,电化学反应将具有非线性的性质。电化学反应的复杂动力学稳定性难以实现。如果实验的时间尺度小于任何重大改变,平稳性条件可以满足。低交流阻抗测量条件满足线性条件。
几项研究已经试图将机械和动力特性与非线性谐波事件联系起来,与早期腐蚀领域的工作进行。谐波分析被用来揭示锂离子电池的质量和电荷传输机制。
作者指出,使用谐波将非线性时,应该区别之间的非线性过程中发生电化学反应和non-stationarity由系统变化测量。困难存在当试图独立的两个因素,尤其是在复杂的封闭系统,如电池。
此外,氧化还原事件在电池可以在测量过程中导致混乱由于一些非线性事件被错误地分配给他们。构建一个精确的非线性和non-stationarity行为在锂电池操作是一个非常具有挑战性的研究领域。
这项研究
作者试图使用总谐波失真改善电化学阻抗谱数据分析来克服目前所面临的问题和非线性研究,non-stationarity,测量的准确性。
测量的四种不同的电池化学配方进行了研究。商用锂离子电池选择进行分析。一个虚拟细胞接近电池类型选择的交流响应是用来提供在相同条件下测量。通过使用这种策略,流程可以准确地分配的各种特性。
进行了模拟与实验观测。模型是基于电路安装在Kramers-Kronig可变形的电化学阻抗谱数据。以这种方式通过拟合电路和数据模拟,作者能够在现实世界的等效非平稳条件下观察扭曲。
此外,作者分析了实验的反应在不同的电池通过比较他们扭曲观察到的模拟电路。因此,研究证明了研究问题的方法改进的理解与锂电池的非线性和非平稳动态。
研究的结论
根据实验和仿真的观察研究中,作者吸引了一些重要的结论将有助于改善EIS的测量锂离子电池在未来的研究。
观察到的过程的电容性质导致初始瞬态和电压漂移的行为。在电容式系统中,这些谐波响应高交流励磁条件下预计将出现。非平稳和非线性行为在电池电压响应在不同系统揭示了谐波分析。
最初的瞬态响应信号或电压漂移non-stationarity行为中扮演了重要的角色。非线性过程中测量证明负责其他谐波响应。未来的研究有巨大的好处在这一重要领域的研究和设计的可靠和高效的储能设备。
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Zabara,硕士,Katirici, G & Ulgut b(2022)非线性谐波的EIS与锂电池阳极:适当的控制和分析Electrochimica学报140969(在线,pre-proof] scienc欧洲杯线上买球edirect.com。可以在:https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140969
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