Potentiostatic Intermittent Titration Technique (PITT)
Aplikace | 2018 | MetrohmInstrumentace
Analýza koeficientu difúze lithných iontů v aktivních materiálech Li-ion baterií je klíčová pro optimalizaci jejich energetické hustoty, životnosti a rychlosti nabíjení. Metoda PITT (Potentiostatic Intermittent Titration Technique) umožňuje přesné stanovení difuzního chování elektrody za konstantního potenciálu s periodickými relaxačními kroky.
Hlavním cílem bylo ukázat postup provedení PITT měření na komerční 2,2 Ah Li-ion baterii, vyhodnotit potenciálové pulsy společně s relaxačními fázemi a spočítat difuzní koeficient aktivního materiálu na základě časového poklesu proudu.
Měření začíná stabilizací na otevřeném obvodu (OCP) po dobu 15 min, následovanou sérií 20 mV kladných i záporných pulzů s časem trvání 15 min a vždy 15 min relaxací. Během kladných pulzů probíhá deinterkalace Li-iontů z katody na anodu a opačně v záporných pulzech. Záznam proudu a potenciálu umožňuje sledovat kinetiku difúze.
Při každém nabíjecím pulsu je zaznamenán počáteční proudový vrchol a následný exponenciální pokles, který odpovídá difuznímu transportu iontů v pevném materiálu. Relaxační fáze ukazují návrat potenciálu k rovnovážné hodnotě. Z lineárního vztahu ln(i) vs. čas lze pomocí regrese v software NOVA určit difuzní koeficient dle teoretických rovnic.
Očekává se rozšíření metodiky PITT o operando měření s in situ spektroskopií, integraci s pokročilými simulacemi vícefázového transportu a adaptace pro nově vyvíjené polovodičové a pevné elektrolyty. Dále se předpokládá automatizace datových analýz pomocí strojového učení.
Prezentovaný postup PITT je spolehlivý nástroj pro kvantifikaci difuzního koeficientu v komerčních Li-ion článcích. Díky kombinaci potenciostatického pulzování a relaxačních fází lze získat přesné parametry pro optimalizaci výkonu baterií.
[1] C.J. Wen, B.A. Boukamp and R.A. Huggins, J. Electrochem. Soc., Vol. 126, No. 12, 2258 (1979)
[2] J. Li et al., Electrochim. Acta, Vol. 75, 56 (2012)
[3] A.V. Churikov Li et al., Electrochim. Acta, Vol. 55, 2939 (2010)
[4] J. Xie et al., Electrochim. Acta, Vol. 54, 4631 (2009)
[5] Y. Zhu and C. Wang, J. Phys. Chem., Vol. 114, No. 6, 2830 (2010)
Titrace
ZaměřeníVýrobceMetrohm
Souhrn
Význam tématu
Analýza koeficientu difúze lithných iontů v aktivních materiálech Li-ion baterií je klíčová pro optimalizaci jejich energetické hustoty, životnosti a rychlosti nabíjení. Metoda PITT (Potentiostatic Intermittent Titration Technique) umožňuje přesné stanovení difuzního chování elektrody za konstantního potenciálu s periodickými relaxačními kroky.
Cíle a přehled studie
Hlavním cílem bylo ukázat postup provedení PITT měření na komerční 2,2 Ah Li-ion baterii, vyhodnotit potenciálové pulsy společně s relaxačními fázemi a spočítat difuzní koeficient aktivního materiálu na základě časového poklesu proudu.
Použitá instrumentace
- Potenciostat Autolab PGSTAT302N (Metrohm Autolab).
- Software NOVA pro řízení experimentu a data processing.
- Testovaná 2,2 Ah Li-ion baterie Enix Energies (3,75 V, 8,25 Wh).
Metodika a postup
Měření začíná stabilizací na otevřeném obvodu (OCP) po dobu 15 min, následovanou sérií 20 mV kladných i záporných pulzů s časem trvání 15 min a vždy 15 min relaxací. Během kladných pulzů probíhá deinterkalace Li-iontů z katody na anodu a opačně v záporných pulzech. Záznam proudu a potenciálu umožňuje sledovat kinetiku difúze.
Hlavní výsledky a diskuse
Při každém nabíjecím pulsu je zaznamenán počáteční proudový vrchol a následný exponenciální pokles, který odpovídá difuznímu transportu iontů v pevném materiálu. Relaxační fáze ukazují návrat potenciálu k rovnovážné hodnotě. Z lineárního vztahu ln(i) vs. čas lze pomocí regrese v software NOVA určit difuzní koeficient dle teoretických rovnic.
Přínosy a praktické využití metody
- Stanovení difuzního koeficientu pomáhá při návrhu materiálů s vyšší kapacitou a dlouhodobou stabilitou.
- Optimální nastavení provozních parametrů baterií pro rychlé nabíjení a vybíjení.
- Podpora vývoje bateriového managementu (BMS) s prediktivním modelem degradace.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření metodiky PITT o operando měření s in situ spektroskopií, integraci s pokročilými simulacemi vícefázového transportu a adaptace pro nově vyvíjené polovodičové a pevné elektrolyty. Dále se předpokládá automatizace datových analýz pomocí strojového učení.
Závěr
Prezentovaný postup PITT je spolehlivý nástroj pro kvantifikaci difuzního koeficientu v komerčních Li-ion článcích. Díky kombinaci potenciostatického pulzování a relaxačních fází lze získat přesné parametry pro optimalizaci výkonu baterií.
Reference
[1] C.J. Wen, B.A. Boukamp and R.A. Huggins, J. Electrochem. Soc., Vol. 126, No. 12, 2258 (1979)
[2] J. Li et al., Electrochim. Acta, Vol. 75, 56 (2012)
[3] A.V. Churikov Li et al., Electrochim. Acta, Vol. 55, 2939 (2010)
[4] J. Xie et al., Electrochim. Acta, Vol. 54, 4631 (2009)
[5] Y. Zhu and C. Wang, J. Phys. Chem., Vol. 114, No. 6, 2830 (2010)
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Determination of the diffusion coefficient of an inserted species in a host electrode with EIS, PITT and GITT techniques
2021|BioLogic|Aplikace
EC-Lab – Application Note #70 06/2021 Last revised 06/2021 Determination of the diffusion coefficient of an inserted species in a host electrode with EIS, PITT and GITT techniques I. With 𝐽〈Li〉 the diffusion flux of 〈Li〉. Introduction The main electrochemical…
Klíčová slova
diffusion, diffusionohmic, ohmicpitt, pittbcs, bcseis, eisinsertion, insertiondummy, dummygitt, gitttokin, tokinsupercap, supercap𝑅d, 𝑅d𝑍𝑓c, 𝑍𝑓cresistance, resistanceimpedance, impedancesupercapacitor
Galvanostatic Intermittent Titration Technique (GITT)
2018|Metrohm|Aplikace
AN-BAT-003 Galvanostatic Intermittent Titration Technique (GITT) Summary Lithium-ion (Li-ion) batteries are one of the most investigated energy storage devices, due to their relatively high energy and high power performances. During charge, lithium ions are forced to move from the positive…
Klíčová slova
gitt, gittmetrohm, metrohmnova, novaautolab, autolabduocoin, duocoingalvanostatic, galvanostaticintermittent, intermittentrelaxation, relaxationtitration, titrationcontacts, contactsplated, platedbattery, batterypulse, pulsepotentionstat, potentionstatgrippers
Galvanostatic charge-discharge of a Li-ion battery with Autolab
2018|Metrohm|Aplikace
Application Area: Batteries Galvanostatic charge-discharge of a Li-ion battery with Autolab Keywords Batteries, Charge and discharge, Galvanostatic, Capacity, Crate Introduction Lithium-ion (Li-ion) batteries are one of the most important energy storage devices on the market. Li-ion batteries are used to…
Klíčová slova
battery, battery𝐴ℎ, 𝐴ℎgalvanostatic, galvanostaticdischarge, dischargecharge, charge𝐶𝑚𝑎𝑥, 𝐶𝑚𝑎𝑥intercalation, intercalationbatteries, batteriesautolab, autolabion, ionlithium, lithiumcapacity, capacityactive, active𝐶𝑚𝑒𝑎𝑠, 𝐶𝑚𝑒𝑎𝑠𝐶𝑟𝑒𝑙
Investigation of the Solid Electrolyte Interface Structure and Kinetics
2019|Metrohm|Aplikace
Application Area: Batteries Investigation of the Solid Electrolyte Interface Structure and Kinetics Keywords Batteries, solid electrolyte interface, SEI, electrochemical impedance spectroscopy, EIS, cyclic voltammetry, CV, LiBOB, glassy carbon, GC. accommodate up to 12 channels, or one module per channel, with…
Klíčová slova
electrolyte, electrolytesei, seilibob, libobautolab, autolabkinetics, kineticslithium, lithiumferrocene, ferrocenevoltammograms, voltammogramsmicrocell, microcellglassy, glassydiffusion, diffusionstructure, structureeis, eispotentiostat, potentiostatelectrode
