Determination of the Lithium Ion Transference Number of a Battery Electrolyte by VLF-EIS
Aplikace | 2020 | MetrohmInstrumentace
Správné stanovení transportních parametrů elektrolytu, zejména transference numero lithných iontů, je klíčové pro přesné modelování výkonu a životnosti lithiových bateriových systémů. Transference číslo ovlivňuje rychlost přenosu náboje, polarizaci elektrod a stabilitu rozhraní, což se promítá do efektivity nabíjení/vybití a spolehlivosti zařízení.
Tento dokument představuje aplikaci jednorázové velmi nízkofrekvenční elektrochemické impedanční spektroskopie (VLF-EIS) pro stanovení transference čísla lithných iontů v komerčním binárním elektrolytu 1 mol/L LiPF₆ v EC:DMC (1:1). Metoda vychází z původní práce Wohde, Balabajew a Roling a umožňuje získat závislost t⁺ na teplotě v rozsahu –10 °C až +50 °C.
Pro experiment byly využity následující komponenty:
Impedanční spektra vykazují tři domény:
Metoda VLF-EIS přináší:
Další rozvoj může zahrnovat:
Využitím VLF-EIS lze efektivně a přesně stanovit teplotně závislé transference číslo lithných iontů v komerčních elektrolytech. Metoda nabízí přímé zapojení do simulačních nástrojů a významně přispívá ke zlepšení predikce výkonu a stability lithiových baterií.
Elektrochemie
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceMetrohm
Souhrn
Význam tématu
Správné stanovení transportních parametrů elektrolytu, zejména transference numero lithných iontů, je klíčové pro přesné modelování výkonu a životnosti lithiových bateriových systémů. Transference číslo ovlivňuje rychlost přenosu náboje, polarizaci elektrod a stabilitu rozhraní, což se promítá do efektivity nabíjení/vybití a spolehlivosti zařízení.
Cíle a přehled studie / článku
Tento dokument představuje aplikaci jednorázové velmi nízkofrekvenční elektrochemické impedanční spektroskopie (VLF-EIS) pro stanovení transference čísla lithných iontů v komerčním binárním elektrolytu 1 mol/L LiPF₆ v EC:DMC (1:1). Metoda vychází z původní práce Wohde, Balabajew a Roling a umožňuje získat závislost t⁺ na teplotě v rozsahu –10 °C až +50 °C.
Použitá metodika a instrumentace
Pro experiment byly využity následující komponenty:
- Chemikálie: 1 mol/L LiPF₆ v EC/DMC (1:1), lithium kovové folie, PE separátor (500 μm, 30 % porosity).
- Elektrochemická celek: Microcell HC se vzorkovací celou TSC battery advanced a dvojicí kovových lithium elektrod (plocha 1,13 cm²), oddělené nasáklou PE membránou.
- Přístrojové vybavení: Metrohm Autolab PGSTAT204 s modulem FRA32M pro EIS, regulace teploty Peltierovým elementem s přesností ±0,1 °C, ovládání softwarem NOVA 2, vyhodnocení dat RelaxIS 3.
- Měřící protokol: Po stabilizaci rozhraní (100 kHz–1 Hz, 1 mV RMS) následovalo VLF-EIS měření ve frekvenčním rozsahu 100 kHz–10 mHz (1 mV RMS, 10 bodů/dekádu) při každé teplotě s 900 s aklimatizací.
Hlavní výsledky a diskuse
Impedanční spektra vykazují tři domény:
- Vysoké frekvence: sériový odpor (Rbulk) pohyb iontů v separátoru a kontaktní odpory.
- Střední frekvence: spojený odpor/kapacitní prvek rozhraní SEI + CT (Rinterface-CPE).
- Nízké frekvence: difúzní impedance reprezentovaná Warburgovým krátkým prvkem (Rdiffusion, τ, α).
Přínosy a praktické využití metody
Metoda VLF-EIS přináší:
- Jednoduchý jednorázový experiment bez nutnosti separátní polarizace.
- Rychlé a spolehlivé určení t⁺ v širším rozsahu teplot vhodném pro modelování baterií.
- Minimální požadavky na přípravu elektrolytu a rozhraní.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další rozvoj může zahrnovat:
- Automatizaci a vysokoprůchodovou (high-throughput) analýzu různých elektrolytů.
- Integraci s pokročilými modely a strojovým učením pro optimalizaci složení.
- In-situ měření během cyklování baterie pro monitorování degradace.
Závěr
Využitím VLF-EIS lze efektivně a přesně stanovit teplotně závislé transference číslo lithných iontů v komerčních elektrolytech. Metoda nabízí přímé zapojení do simulačních nástrojů a významně přispívá ke zlepšení predikce výkonu a stability lithiových baterií.
Reference
- F. Wohde, M. Balabajew, B. Roling, J. Electrochem. Soc. 163 (5) A714–A721 (2016).
- J. Landesfeind, H.A. Gasteiger, J. Electrochem. Soc. 166 (14) A3079–A3097 (2019).
- T. Hou, C.W. Monroe, Electrochimica Acta 332 135085 (2020).
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 binary diffusion coefficient of a battery electrolyte
2020|Metrohm|Aplikace
Application Area: Batteries Determination of the binary diffusion coefficient of a battery electrolyte Keywords Batteries, electrolytes, MacMullin number, separator, binary diffusion coefficient, tortuosity Microcell HC setup was used. The design of the measuring cell is shown as the schematic drawing…
Klíčová slova
electrolyte, electrolyte𝑁𝑀, 𝑁𝑀binary, binarydiffusion, diffusionlithium, lithiumbattery, battery𝑑𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟, 𝑑𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝜏𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟, 𝜏𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟coefficient, coefficientgalvanostatic, galvanostaticmicrocell, microcellresistor, resistorseparator, separatormetallic, metallic𝐾𝑐𝑒𝑙𝑙
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