Pengujian resistansi baterai litium-ion umumnya melibatkan tiga metode: DCIR, ACIR, dan EIS. Setiap metode memiliki prinsip pengujian dan signifikansi fisik yang berbeda, sehingga menawarkan wawasan unik tentang kinerja baterai. Untuk memahami perbedaan di antara metode-metode ini, pertama-tama kita perlu mengklarifikasi berbagai istilah yang menggambarkan resistansi terhadap aliran arus.
01. Apa itu Resistensi?
Resistensi tidak selalu merujuk pada komponen resistor; melainkan, ia menggambarkan perlawanan yang diberikan suatu perangkat atau material terhadap aliran arus, yang pada dasarnya mengubah energi listrik menjadi bentuk energi lain secara ireversibel. Resistensi adalah kasus spesifik impedansi ketika bagian reaktansinya nol.
02. Istilah yang Menggambarkan Resistansi Arus
Resistansi internal baterai lithium-ion meliputi resistansi ohmik, impedansi antarmuka, impedansi transfer muatan, impedansi difusi, resistansi polarisasi ohmik, resistansi polarisasi elektrokimia, dan resistansi polarisasi konsentrasi.
Resistansi Ohmik: Terutama terdiri dari resistansi bahan elektroda, elektrolit, separator, dan resistansi kontak berbagai komponen. Resistansi ini berkaitan dengan ukuran, struktur, dan perakitan baterai.
Resistansi Polarisasi: Mengacu pada deviasi potensial elektroda dari potensial kesetimbangan ketika arus melewati elektroda. Hal ini disebabkan oleh reaksi elektrokimia dan tidak konstan; nilainya berubah selama pengisian dan pengosongan karena variasi komposisi bahan aktif, konsentrasi elektrolit, dan suhu. Resistansi ohmik mengikuti Hukum Ohm, sementara resistansi polarisasi meningkat seiring dengan rapat arus tetapi tidak secara linear, seringkali meningkat secara linear seiring dengan logaritma rapat arus.
Berbagai jenis baterai memiliki resistansi internal yang berbeda-beda. Bahkan dalam jenis yang sama, resistansi internal dapat bervariasi karena perbedaan karakteristik kimia. Resistansi internal diukur dalam miliohm dan merupakan indikator teknis penting untuk kinerja baterai. Umumnya, resistansi internal yang lebih rendah menunjukkan kemampuan yang lebih kuat untuk pengosongan arus tinggi, sementara resistansi internal yang lebih tinggi menunjukkan kemampuan pengosongan yang lebih lemah.
03. Apa itu DCIR?
DCIR (Resistansi Internal Arus Searah) mengukur resistansi total di dalam baterai, termasuk resistansi ohmik, impedansi antarmuka, impedansi transfer muatan, impedansi difusi, resistansi polarisasi ohmik, resistansi polarisasi elektrokimia, dan resistansi polarisasi konsentrasi. Karena ion Li mengalami perubahan spasial yang signifikan selama pengujian, hal ini disebut resistansi dinamis.
DCIR diuji dengan melakukan pengisian dan pengosongan baterai dengan laju arus tertentu (I) selama durasi tertentu (t), dan mencatat tegangan sebelum (U1) dan setelah (U2) proses:
R = (U2 – U1)/I
Tujuan pengujian DCIR adalah untuk mendapatkan impedansi baterai sebagaimana adanya dalam kondisi operasi sebenarnya.
04. Apa itu ACIR?
ACIR (Alternating Current Internal Resistance) mengukur resistansi baterai menggunakan arus bolak-balik untuk menghilangkan efek polarisasi dan secara langsung mengukur resistansi material terhadap arus. Dengan frekuensi yang cukup tinggi (f = 1/T), siklus arus cukup singkat sehingga ion Li tidak bergerak secara signifikan dari posisi awalnya, hanya berosilasi bolak-balik.
Pada frekuensi tinggi, asumsi berikut dibuat:
1. Tidak terjadi pergerakan muatan, sehingga tidak terjadi akumulasi muatan, dan tidak terjadi polarisasi.
2. Kapasitansi tetap tidak berubah karena distribusi muatan tidak berubah.
3. Tidak ada impedansi difusi karena posisi ion Li tidak berubah.
Biasanya, frekuensi 1000Hz digunakan, di mana nilai ACIR dianggap setara dengan resistansi ohmik, dengan asumsi baterai berperilaku sebagai resistor murni.
05. Apa itu EIC?
Spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS): Ini adalah penentuan parameter non-destruktif dan metode efektif untuk menentukan perilaku kinetik baterai. Sinyal tegangan sinusoidal beramplitudo kecil dengan frekuensi w1 diterapkan ke sistem baterai, dan sistem menghasilkan respons arus sinusoidal dengan frekuensi w2. Perubahan rasio tegangan eksitasi terhadap arus respons merupakan spektrum impedansi sistem elektrokimia.
Di sini dapat ditemukan bahwa metode pengujian ACIR dan EIS sama, keduanya menggunakan arus bolak-balik untuk pengujian. Namun, ACIR hanya merupakan pengujian pada frekuensi tertentu, sementara EIS merupakan pengujian dalam rentang frekuensi tertentu, dan tujuan keduanya berbeda.
EIS menggunakan arus bolak-balik dalam rentang frekuensi tertentu untuk pengujian. Komponen yang berbeda merespons arus dengan frekuensi yang berbeda secara berbeda untuk membagi rangkaian menjadi beberapa bagian, dan kemudian secara artifisial menetapkan bahwa setiap bagian berhubungan dengan komponen tertentu. Faktanya, dalam pengujian EIS, seluruh rangkaian berpartisipasi pada setiap frekuensi, dan setiap komponen berkontribusi.
Oleh karena itu, tujuan EIS adalah untuk memperkuat kinerja komponen-komponen tertentu melalui frekuensi yang berbeda-beda, sehingga dapat membaginya secara kasar dan membuat analisis spesifik terhadap komponen tertentu.
Waktu posting: 12-Jul-2024
