Simultaneous EIS measurements of a Li-ion battery cathode and anode

Aplikace | 2022 | MetrohmInstrumentace
Elektrochemie
Zaměření
Průmysl a chemie
Výrobce
Metrohm

Význam tématu


Elektrochemická impedanční spektroskopie (EIS) je klíčovým nástrojem pro charakterizaci baterií. Umožňuje rozlišit různé procesy na elektrodách v závislosti na frekvenci a tím prohloubit porozumění vnitřním odporovým a kinetickým jevům. Současné měření u obou elektrod nabírá na významu při sledování dynamiky plné článkové konfigurace v reálných podmínkách cyklování.

Cíle a přehled studie / článku


Studie demonstruje aplikaci funkce Second Sense (S2) v přístroji VIONIC řízeném softwarem INTELLO pro simultánní EIS měření katody a anody lithiové baterie s referenční elektrodou. Cílem je ukázat, jak lze paralelně sledovat impedanci obou elektrod během jednoho experimentu a analyzovat rozdíly mezi kladnou a zápornou elektrodou.

Použitá metodika a instrumentace


Metoda založena na potenciostatickém EIS měření v rozsahu 100 kHz až 100 mHz s amplitudou 30 mV aplikovanou při otevřeném obvodu 3,71 V vs. referenční elektroda. Instrumentace:
  • Potenciostat/galvanostat VIONIC powered by INTELLO
  • Funkce Second Sense (S2) pro snímání potenciálu anody
  • Software pro řízení experimentu INTELLO a pro analýzu dat NOVA 2

Hlavní výsledky a diskuse


Simultánní EIS měření odhalilo výrazně vyšší celkovou impedanci katody ve srovnání s anodou. Nyquistův diagram ukázal odlišné semicirkulární prvky, což odpovídá rozdílům transportního a povrchového odporu. Bodeovy diagramy (modulus i fáze) potvrdily tyto závěry v celém frekvenčním rozsahu. Pro oba póly byl použit obecný ekvivalentní obvod, jehož fit v NOVA 2 dal pro katodu χ2 = 0.0010 a pro anodu χ2 = 0.0295. Hodnoty by měly být interpretovány jako ilustrativní vzhledem k neznámé detailní chemii elektrod a elektrolytu.

Přínosy a praktické využití metody


Simultánní EIS měření šetří čas a zajišťuje konzistentní podmínky pro obě elektrody, což zlepšuje srovnatelnost výsledků. Umožňuje rychlou detekci asymetrií v impedanci během cyklování a usnadňuje optimalizaci materiálů i elektrochemických protokolů v průmyslové i akademické praxi.

Budoucí trendy a možnosti využití


  • Integrace s rychlými cyklickými testy pro sledování degradace elektrod v reálném čase
  • Pokročilé modelování ekvivalentních obvodů zahrnující specifické chemické procesy
  • Automatizace vyhodnocení dat pomocí strojového učení pro předpověď životnosti článků
  • Rozšíření metody na jiné typy bateriových technologií včetně pevných elektrolytů

Závěr


Funkce Second Sense v přístroji VIONIC umožňuje efektivní a spolehlivé simultánní EIS měření katody a anody lithiové baterie. Tento přístup zvyšuje efektivitu výzkumu a poskytuje hlubší vhled do elektrochemických procesů probíhajících na jednotlivých elektrodách.

Reference


  • Anthony R West; Laurence A Middlemiss; Anthony JR Rennie; Ruth Sayers Characterisation of Batteries by Electrochemical Impedance Spectroscopy Energy Reports 2020 6(5) 232–241
  • Wen Liu; Yong Wang; Yong Li; Rui Guo; Haijuan Pei; Ying Luo; Jingying Xie Lithium/Sodium Storage Behavior of an Amorphous Carbon Derived from the Used Acticarbon for Rechargeable Batteries Journal of the Electrochemical Society 2019 166 A1585

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

EIS at different states of charge with INTELLO
Ohmic iR drop
Ohmic iR drop
2025|Metrohm|Aplikace
Mott-Schottky Analysis
Mott-Schottky Analysis
2024|Metrohm|Aplikace
Determining the corrosion rate with INTELLO