CN109444760A - 一种简便动态电化学阻抗测量方法 - Google Patents

一种简便动态电化学阻抗测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109444760A
CN109444760A CN201910001255.2A CN201910001255A CN109444760A CN 109444760 A CN109444760 A CN 109444760A CN 201910001255 A CN201910001255 A CN 201910001255A CN 109444760 A CN109444760 A CN 109444760A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dynamic
impedance
impedance measurement
electrochemical
measurement method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910001255.2A
Other languages
English (en)
Inventor
张晓凡
邱永福
许海涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongguan University of Technology
Original Assignee
Dongguan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongguan University of Technology filed Critical Dongguan University of Technology
Priority to CN201910001255.2A priority Critical patent/CN109444760A/zh
Publication of CN109444760A publication Critical patent/CN109444760A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

本发明涉及电化学技术领域，公开了一种简便动态电化学阻抗测量方法，具体的：（1）将电化学器件放置在屏蔽盒中，通过引线与交流阻抗测试仪连接；（2）设置测试参数，电池容量为C0 mAh，电流扰动信号为I1*sin(ωt)，I1设置为1/20*C0，响应频率ω为0.01 Hz~100 kHz，动态工作电流为I2（I2=1~40 I1），静置一段时间后测试；（3）测试完成后，利用软件对结果进行处理，可得该电极体系在真实工作过程中的固液界面反应电阻。本发明在传统静态阻抗测试技术基础上，引入动态工作电流，实现采集动态阻抗，为客观评估和研究电化学器件的固/液界面真实工作状态阻抗性能提供有效的支持。

Description

一种简便动态电化学阻抗测量方法
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，具体地，涉及一种电极固/液界面反应阻抗测量技术。
背景技术
固/液界面是电化学过程发生的场所，从分子和纳米尺度研究电极固液界面的结构与反应过程是电化学研究的重要挑战，将为调控电化学反应过程，发展高性能电化学器件提供基础支持。例如，作为一种高效的储能器件，锂离子电池受到了人们的广泛关注。大量研究结果表明，电极材料界面的物理化学过程，如电子、离子在界面的输运、存储、反应等，对电池的性能有着非常重要的影响。而电极固/液界面反应的阻抗问题是电化学领域（如：电催化反应（OER、HER、ORR）、液态光伏电池、超级电容器、锂电池等）的研究重点。目前普遍采用的方法是采用静态电化学交流阻抗技术采集阻抗值，也即是给电极体系施加微弱的交流电流信号I1*sin(ωt)，通过体系反馈信号，经过数学运算处理后，得到界面反应电阻Rct，具体如附图1所示。而实际上电极体系在工作时有稳定直流电流通过，此时是一个动态工作过程。通过传统的静态电化学交流阻抗技术采集的数据根本不能反应真实界面反应阻抗Rct。
发明内容
本发明所要解决的问题是，针对传统静态电化学交流阻抗测量技术存在的缺陷，本发明提出一种简便动态电化学阻抗测量方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种简便动态电化学阻抗测量方法，包括以下步骤：
（1）将电化学器件放置在屏蔽盒中，通过引线与交流阻抗测试仪连接；
（2）设置测试参数，电化学器件的电池容量为C0 mAh，电流扰动信号为I1*sin(ωt)，为保证电流扰动信号不影响电极界面反应，要求I1数值设置为1/20*C0，响应频率ω为0.01 Hz~100 kHz，动态工作电流为I2，其中，为保证测试体系稳定性，避免测试结果出现散点，要求I2=1~40 I1；对应响应电压信号为U0*sin(ωt+φ)，电阻为Z=U0*sin(ωt+φ)/[I1*sin(ωt)+I2]=Z实部+Z虚部，其中Z实部为阻抗值，可见静态阻抗(工作电流I2为0)高于动态工作状态下的阻抗，偏离真实值；
（3）参数设置完毕后，静置30s，开启测试；
（4）测试完成，输出动态电化学阻抗谱图，动态电化学阻抗谱图如附图4所示的半圆曲线，由于动态测试过程中，扩散过程数据会出现闪点，因此，半圆右侧直线部分可做删除处理；
（5）根据基本电化学阻抗等效电路(如附图5所示，电池界面双电层电容Cdl和固液界面反应电阻Rct并联后与电池欧姆电阻R欧姆串联)，Cdl为电池界面双电层电容，R欧姆为电池欧姆电阻，以及通过常用Zview软件拟合处理，计算出动态阻抗谱图对应的半圆直径，即为该电极体系在真实工作过程中的固液界面反应电阻Rct。
优选的，步骤（2）中I2=20 I1。
I1为交流扰动电流信号，为保持反应体系稳定性，I1数值优选设置为1/20*C0，单位为mA（电化学器件的电池容量为C0 mAh）。
本发明产生的有益效果是：在传统静态阻抗测试技术基础上，科学引入动态工作电流，实现采集动态阻抗，从而为客观评估和研究电化学器件的固/液界面性能提供有效的支持。
附图说明
图1为现有技术中采用静态电化学交流阻抗技术采集阻抗值，也即是给电极体系施加微弱的交流电流信号I1*sin(ωt)，通过体系反馈信号，经过数学运算处理后，得到界面反应电阻Rct的流程示意图；
图2为电化学器件与电化学交流阻抗测试仪连接关系示意图；图2中：1、2为交流扰动信号线，3、4为动态工作电流信号线，5、6为响应电压信号线，7为测试锂电池，8为屏蔽盒，9为交流阻抗测试仪；
图3为本发明动态电化学阻抗测量方法中，电流扰动信号I1*sin(ωt)、动态工作电流I2的设置示意图，响应频率ω为0.01 Hz~100 kHz；
图4为本发明动态电化学阻抗测量方法中，测试完成，输出形状为半圆曲线的动态电化学阻抗谱图示意图；
图5为基本电化学阻抗等效电路示意图；
图6为本发明实施例1中测试参数设定示意图（电流扰动信号为3mA*sin(ωt)，动态放电工作电流I2分别为0 mA和60 mA，响应频率ω为0.01 Hz~100 kHz）；
图7为本发明实施例1测试完成，输出的动态电化学阻抗谱图；
图8为本发明实施例2中测试参数设定示意图（电流扰动信号为6mA*sin(ωt)，动态充电工作电流I2分别为0 mA和120 mA，响应频率ω为0.01 Hz~100 KHz）；
图9为本发明实施例2测试完成，输出的动态电化学阻抗谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
以60 mA扣式锂离子电池为样品，采用简便动态电化学阻抗测量方法测量室温下动态阻抗值，包括以下步骤：
(1)将60 mAh扣式锂离子电池放置在屏蔽盒中，通过引线与现有的电化学交流阻抗测试仪连接；
(2)在测试参数中，电流扰动信号为3mA*sin(ωt)，动态放电工作电流I2分别为0 mA和60 mA，响应频率ω为0.01 Hz~100 kHz，具体如附图6所示；
(3)参数设置完毕后，静置30 s，开启测试；
(4)测试完成，输出动态电化学阻抗谱图，具体如附图7所示的半圆曲线，a表示I2为60mA时动态测试结果，b表示I2为0 mA时静态测试结果；由于动态测试过程中，扩散过程数据会出现闪点，因此，半圆右侧直线部分做删除处理；
(5)通过电化学阻抗等效电路（如附图5所示）和Zview软件处理，分别计算出动态阻抗谱图和静态阻抗谱图对应的半圆直径，Rct分别为21 Ω和25 Ω。该电极体系在真实工作过程中的固液界面反应电阻应为Rct= 21 Ω，而静态Rct数值显然偏高。
实施例2
以120 mAh扣式锂离子电池为样品，采用简便动态电化学阻抗测量方法测量室温下动态阻抗值，包括以下步骤：
(1)将120 mAh扣式锂离子电池放置在屏蔽盒中，通过引线与现有的电化学交流阻抗测试仪连接；
(2)在测试参数中，电流扰动信号为6mA*sin(ωt)，动态充电工作电流I2分别为0 mA和120 mA，响应频率ω为0.01 Hz~100 KHz，具体如附图8所示；
(3)参数设置完毕后，静置30 s，开启测试；
(4)测试完成，输出动态电化学阻抗谱图，具体如附图9所示的半圆曲线，a表示I2为120mA时动态测试结果，b表示I2为0mA时静态测试结果；由于动态测试过程中，扩散过程数据会出现闪点，因此，半圆右侧直线部分做删除处理；
(5)通过电化学阻抗等效电路（如附图5所示）和Zview软件处理，分别计算出动态阻抗谱图和静态阻抗谱图对应的半圆直径，Rct分别为35 Ω和43 Ω。该电极体系在真实工作过程中的固液界面反应电阻应为Rct= 35 Ω，而静态Rct数值显然偏高。
由此可见，采用本发明所述的一种简便动态电化学阻抗测量方法得到的动态界面反应阻抗Rct更具有客观性，可以有效指导科学研究。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种简便动态电化学阻抗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将电化学器件放置在屏蔽盒中，通过引线与交流阻抗测试仪连接；
（2）设置测试参数，电流扰动信号为I1*sin(ωt)，响应频率ω为0.01 Hz~100 kHz，动态工作电流为I2；其中，为保证测试体系稳定性，避免测试结果出现散点，要求I2=1~40 I1；
（3）参数设置完毕后，静置30 s，开启测试；
（4）测试完成，输出动态电化学阻抗谱图；
（5）通过软件处理，计算出动态阻抗谱图对应的半圆直径，即为该电极体系在真实工作过程中的固液界面反应电阻。
2.如权利要求1所述简便动态电化学阻抗测量方法，其特征在于：电化学器件的电池容量为C0 mAh，为保证电流扰动信号不影响电极界面反应，要求I1数值设置为1/20*C0，单位为mA。
3.如权利要求1所述简便动态电化学阻抗测量方法，其特征在于：步骤（2）中I2=20 I1。
4.如权利要求1所述简便动态电化学阻抗测量方法，其特征在于：步骤（5）中所用软件Zview软件。
CN201910001255.2A 2019-01-02 2019-01-02 一种简便动态电化学阻抗测量方法 Pending CN109444760A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910001255.2A CN109444760A (zh) 2019-01-02 2019-01-02 一种简便动态电化学阻抗测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910001255.2A CN109444760A (zh) 2019-01-02 2019-01-02 一种简便动态电化学阻抗测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109444760A true CN109444760A (zh) 2019-03-08

Family

ID=65540250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910001255.2A Pending CN109444760A (zh) 2019-01-02 2019-01-02 一种简便动态电化学阻抗测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109444760A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113985306A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 重庆大学 固-液混合锂电池阻抗谱的等效电路模型建立方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1967270A (zh) * 2005-11-18 2007-05-23 北华大学 一种电池阻抗谱测试方法与系统
CN101871974A (zh) * 2010-06-18 2010-10-27 华南理工大学 一种阻抗谱的测量方法
CN107064809A (zh) * 2017-02-15 2017-08-18 山东大学 计及电池电化学特性的动态等效电路模型及其工作方法
CN108804774A (zh) * 2018-05-22 2018-11-13 河海大学常州校区 一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1967270A (zh) * 2005-11-18 2007-05-23 北华大学 一种电池阻抗谱测试方法与系统
CN101871974A (zh) * 2010-06-18 2010-10-27 华南理工大学 一种阻抗谱的测量方法
CN107064809A (zh) * 2017-02-15 2017-08-18 山东大学 计及电池电化学特性的动态等效电路模型及其工作方法
CN108804774A (zh) * 2018-05-22 2018-11-13 河海大学常州校区 一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
凌仕刚 等: ""锂电池研究中的EIS实验测量和分析方法"", 《储能科学与技术》 *
周川杰 等: ""储能锂电池动态一致性阻抗谱特征参数分析研究"", 《2017 智能电网信息化建设研讨会论文集》 *
许守平 等: ""储能用锂离子电池动态阻抗模型及其特征参数研究"", 《电气技术》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113985306A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 重庆大学 固-液混合锂电池阻抗谱的等效电路模型建立方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106872905A (zh) 一种单体锂离子全电池参数获取方法
CN107607880A (zh) 一种基于阻抗谱的锂离子电池内部健康特征提取方法
CN104391159B (zh) 电池的单电极电位的检测方法及系统
CN102116844B (zh) 测量阀控铅酸蓄电池荷电状态的方法和装置
CN111257212B (zh) 燃料电池金属双极板耐久性的恒电位加速测试与评价方法
König et al. Validating and improving a zero-dimensional stack voltage model of the Vanadium Redox Flow Battery
Lyu et al. SOH estimation of lithium-ion batteries based on fast time domain impedance spectroscopy
Brivio et al. A physically-based electrical model for lithium-ion cells
Křivík et al. Determination of state of charge of lead-acid battery by EIS
Trovo et al. Multichannel Electrochemical Impedance Spectroscopy and equivalent circuit synthesis of a large-scale vanadium redox flow battery
CN106124996A (zh) 一种锂离子电池单体的一致性判定方法及装置
CN108666600B (zh) 一种基于热化学测量的全钒液流电池soc检测方法
CN109828218A (zh) 电池动态电化学阻抗谱的获取方法
CN107102041A (zh) 一种用于原位锂电池电化学测试的叠压式三电极电解槽
CN111679215A (zh) 锂电池实时分选方法、装置、设备及存储介质
CN111525158A (zh) 一种风冷型氢燃料电池物理状态检测方法及装置
CN206362861U (zh) 一种锂离子电池极片涂布材料的电阻测试装置
CN113138345A (zh) 一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法
CN106997026A (zh) 用于确定铅酸蓄电池的剩余电容量的方法和装置
CN115856685A (zh) 一种全钒液流电池在不同充放电状态下内阻的测量方法
CN109444760A (zh) 一种简便动态电化学阻抗测量方法
CN102814292A (zh) 锂离子电池一致性配组方法和系统
CN102937615A (zh) 一种检测锂离子电池壳体稳定性的方法
CN109884532A (zh) 一种电网储能电池检测装置和检测方法
Kwiecien Electrochemical impedance spectroscopy on lead-acid cells during aging

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190308

RJ01 Rejection of invention patent application after publication