Determination of the binary diffusion coefficient of a battery electrolyte
Aplikace | 2020 | MetrohmInstrumentace
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.
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.
Postup měření zahrnoval:
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.
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.
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.
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.
Elektrochemie
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceMetrohm
Souhrn
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
- A Ehrl et al J Electrochem Soc 164 (4) A826-A836 2017
- J Landesfeind H A Gasteiger J Electrochem Soc 166 (14) A3079-A3097 2019
- T Hou C W Monroe Electrochimica Acta 332 135085 2020
- F Wohde M Balabajew B Roling J Electrochem Soc 163 (5) A714-A721 2016
- AN-BAT-006 Determination of the MacMullin number Metrohm Application Note
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Determination of the Through-Plane Tortuosity of Battery Electrodes by EIS in a symmetric Lithium-iron-phosphate cell
2020|Metrohm|Aplikace
Application Area: Batteries Determination of the Through-Plane Tortuosity of Battery Electrodes by EIS in a symmetric Lithium-iron-phosphate cell Keywords Batteries, conductivity, tortuosity, electrochemical impedance spectroscopy, EIS b) Sample preparation & measuring setup For electrochemical measurements, a TSC battery measuring cell…
Klíčová slova
tortuosity, tortuosityplane, plane𝑅𝑖𝑜𝑛, 𝑅𝑖𝑜𝑛battery, batterymicrocell, microcellresistance, resistanceautolab, autolabelectrolyte, electrolyte𝑖𝜔, 𝑖𝜔impedance, impedanceelectrodes, electrodeselectronic, electronicconductivity, conductivitymol, mollithium
Determination of the Lithium Ion Transference Number of a Battery Electrolyte by VLF-EIS
2020|Metrohm|Aplikace
Application Area: Batteries Determination of the Lithium Ion Transference Number of a Battery Electrolyte by VLF-EIS Keywords Lithium ion batteries, transference number, electrochemical impedance spectroscopy, EIS Microcell HC setup was used. The design of the measuring cell is shown as…
Klíčová slova
transference, transferencevlf, vlfelectrolyte, electrolyteeis, eislithium, lithiumbattery, batteryion, ion𝑅𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛, 𝑅𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛𝑗𝜔𝜏, 𝑗𝜔𝜏impedance, impedance𝑅𝑏𝑢𝑙𝑘, 𝑅𝑏𝑢𝑙𝑘number, numbersei, seimicrocell, microcellelegant
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
Determination of the MacMullin number
2021|Metrohm|Aplikace
AN-BAT-006 Determination of the MacMullin number The stacking method Summary One important component of lithium ion batteries is the separator, a thin, electronically insulating foil which physically separates the two electrodes. Usually the separator is made of polymeric material. In…
Klíčová slova
metrohm, metrohmseparator, separatorelectrolyte, electrolytefoil, foilnova, novaσelectrolyte, σelectrolytemacmullin, macmullinconductivity, conductivitycell, cellglove, glovesoaked, soakedionic, ionicstack, stackelectrolytesoaked, electrolytesoakedicable
