Determination of the binary diffusion coefficient of a battery electrolyte

Význam tématu

Správné stanovení binárního difuzního koeficientu elektrolytu je klíčové pro přesné modelování a optimalizaci výkonu lithium-iontových baterií. Tyto parametry ovlivňují rychlost transportu iontů, vnitřní odpor a dlouhodobou stabilitu článku.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem aplikace bylo demonstrovat stanovení binárního difuzního koeficientu komerčního 1 mol L–1 LiPF6 v EC:DMC (1:1) při 20 °C pomocí metody galvanostatické pulzní polarizace (GPP). Studie dále určuje MacMullinovo číslo a tortuozitu elektrochemického separátoru.

Použitá metodika

Postup měření zahrnoval:

• Elektrochemickou impedanční spektroskopii (EIS) v rozsahu 100 kHz až 1 Hz při amplitude 1 mV RMS
• Střídavé galvanostatické pulsy ±150 μA po dobu 15 min s následným měřením OCP po 3,5 h
• Vyhodnocení OCP signálu na polo‐logaritmickém grafu pro výpočet difuzního koeficientu

Použitá instrumentace

• TSC Battery Advanced mikrocell HC s Peltierovým řízením teploty (přesnost ±0,1 °C)
• Metrohm Autolab PGSTAT204 se modulem FRA32M a software NOVA
• Argonová glove box pro manipulaci s elektrolytem a lithium foliemi

Hlavní výsledky a diskuse

Impedanční fit ukázal odpor pro transport iontů přes separátor 63,3 Ω. Z toho byla vypočtena vodivost separátoru a následně MacMullinovo číslo 14,1. Se známou porozitou 0,3 byla určena tortuozita 4,2. Difuzní koeficient elektrolytu ve volném roztoku byl vypočten z logaritmického poklesu OCP signálu a dosáhl hodnoty 2,5·10–6 cm2/s, v souladu s literaturou.

Přínosy a praktické využití metody

Tento postup umožňuje přesné získání transportních parametrů elektrolytu a separátoru, které jsou nezbytné pro modelování bateriových systémů a optimalizaci materiálů v průmyslové i výzkumné praxi.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření metody na rychlé měření za různých teplot a koncentrací elektrolytu. Integrace výsledků do numerických modelů simulačních platforem povede k lepším návrhům článků s vyšší energetickou hustotou a dlouhodobou stabilitou.

Závěr

Byl úspěšně prezentován postup pro stanovení MacMullinova čísla, tortuozity separátoru a binárního difuzního koeficientu elektrolytu. Naměřené hodnoty korespondují s literaturou a poskytují spolehlivé vstupní údaje pro simulaci bateriových systémů.

Reference

1. A Ehrl et al J Electrochem Soc 164 (4) A826-A836 2017
2. J Landesfeind H A Gasteiger J Electrochem Soc 166 (14) A3079-A3097 2019
3. T Hou C W Monroe Electrochimica Acta 332 135085 2020
4. F Wohde M Balabajew B Roling J Electrochem Soc 163 (5) A714-A721 2016
5. AN-BAT-006 Determination of the MacMullin number Metrohm Application Note