A lítium-ion akkumulátorok ellenállásának tesztelése általában három módszert alkalmaz: DCIR, ACIR és EIS. Mindegyik módszernek eltérő vizsgálati elvei és fizikai jelentősége van, így egyedi betekintést nyújt az akkumulátor teljesítményébe. Ahhoz, hogy megértsük a módszerek közötti különbségeket, először tisztáznunk kell az áramfolyással szembeni ellenállást leíró különféle kifejezéseket.
01. Mi az ellenállás?
Az ellenállás nem feltétlenül egy ellenállás-komponensre utal; inkább azt az ellenállást írja le, amelyet egy eszköz vagy anyag fejt ki az áram áramlásával szemben, alapvetően visszafordíthatatlanul átalakítva az elektromos energiát más energiaformákká. Az ellenállás az impedancia egy speciális esete, amikor a reaktancia rész nulla.
02. Az áramellenállást leíró kifejezések
A lítium-ion akkumulátor belső ellenállása magában foglalja az ohmikus ellenállást, a határfelületi impedanciát, a töltésátviteli impedanciát, a diffúziós impedanciát, az ohmikus polarizációs ellenállást, az elektrokémiai polarizációs ellenállást és a koncentrációs polarizációs ellenállást.
- Ohmikus ellenállás: Elsősorban az elektródaanyagok, az elektrolitok, a szeparátorok ellenállásából és a különböző alkatrészek érintkezési ellenállásából tevődik össze. Összefügg az akkumulátor méretével, szerkezetével és összeszerelésével.
- Polarizációs ellenállás: Az elektróda potenciáljának az egyensúlyi potenciáltól való eltérését jelenti, amikor az áram áthalad az elektródon. Elektrokémiai reakciók okozzák, és nem állandó; töltés és kisütés során változik az aktív anyagok összetételének, az elektrolit koncentrációjának és a hőmérsékletnek a változásai miatt. Az ohmikus ellenállás az Ohm törvényét követi, míg a polarizációs ellenállás az áramsűrűséggel növekszik, de nem lineárisan, gyakran lineárisan az áramsűrűség logaritmusával növekszik.
A különböző típusú akkumulátorok belső ellenállása eltérő. Még ugyanazon típuson belül is változhat a belső ellenállás a kémiai jellemzők eltérései miatt. A belső ellenállást milliohmban mérik, és az akkumulátor teljesítményének kulcsfontosságú műszaki mutatója. Az alacsonyabb belső ellenállás jellemzően erősebb nagyáramú kisütési képességet jelez, míg a magasabb belső ellenállás gyengébb kisütési képességre utal.
03. Mi a DCIR?
A DCIR (egyenáramú belső ellenállás) az akkumulátoron belüli teljes ellenállást méri, beleértve az ohmikus ellenállást, az interfész impedanciát, a töltésátviteli impedanciát, a diffúziós impedanciát, az ohmikus polarizációs ellenállást, az elektrokémiai polarizációs ellenállást és a koncentrációs polarizációs ellenállást. Mivel a lítium-ionok a vizsgálat során jelentős térbeli változásokon mennek keresztül, dinamikus ellenállásnak nevezik.
A DCIR-t úgy tesztelik, hogy az akkumulátort egy adott áramerősséggel (I) töltik és kisütik egy bizonyos ideig (t), és rögzítik a feszültséget a folyamat előtt (U1) és után (U2):
R = (U2 – U1)/I
A DCIR tesztelésének célja az akkumulátor impedanciájának meghatározása a tényleges üzemi körülmények között.
04. Mi az ACIR?
Az ACIR (váltakozó áramú belső ellenállás) váltakozó áram segítségével méri az akkumulátor ellenállását, hogy kiküszöbölje a polarizáció hatásait, és közvetlenül mérje az anyag árammal szembeni ellenállását. Kellően magas frekvencia (f = 1/T) esetén az áramciklus elég rövid ahhoz, hogy a lítium-ionok ne mozduljanak el jelentősen eredeti helyzetükből, csupán előre-hátra oszcilláljanak.
Magas frekvenciákon a következő feltételezéseket teszik:
1. Nem történik töltésmozgás, így nincs töltésfelhalmozás, és nincs polarizáció.
2. A kapacitás változatlan marad, mivel a töltéseloszlás nem változik.
3. Nincs diffúziós impedancia, mivel a Li-ionok helyzete nem változik.
Általában 1000 Hz-es frekvenciát használnak, ekkor az ACIR értéket az ohmos ellenállással egyenértékűnek tekintik, feltételezve, hogy az akkumulátor tiszta ellenállásként viselkedik.
05. Mi az EIC?
Elektrokémiai impedancia spektroszkópia (EIS): Roncsolásmentes paramétermeghatározási és hatékony módszer az akkumulátor kinetikai viselkedésének meghatározására. Egy kis amplitúdójú, w1 frekvenciájú szinuszos feszültségjelet alkalmaznak az akkumulátorrendszerre, és a rendszer szinuszos áramválaszt generál w2 frekvenciájú frekvenciával. A gerjesztőfeszültség és a válaszáram arányának változása az elektrokémiai rendszer impedancia spektruma.
Itt látható, hogy az ACIR és az EIS vizsgálati módszerek megegyeznek, mindkettő váltakozó áramot használ a vizsgálathoz. Az ACIR azonban csak egy bizonyos frekvencián végzett vizsgálat, míg az EIS egy frekvenciatartományon belüli vizsgálat, és a kettő célja eltérő.
Az EIS egy adott frekvenciatartományon belüli váltakozó áramot használ a teszteléshez. A különböző komponensek eltérően reagálnak a különböző frekvenciájú áramokra, így osztják az áramkört különböző részekre, majd mesterségesen előírják, hogy minden rész egy adott komponensnek feleljen meg. Valójában az EIS tesztben a teljes áramkör részt vesz minden frekvencián, és minden komponens hozzájárul.
Az EIS célja tehát, hogy különböző frekvenciákon keresztül felerősítse bizonyos komponensek teljesítményét, hogy azokat nagyjából fel lehessen osztani, és egy adott komponensre vonatkozóan specifikus elemzést lehessen végezni.
Közzététel ideje: 2024. július 12.
