Lityum iyon pillerin direncini test etmek genellikle üç yöntem içerir: DCIR, ACIR ve EIS. Her yöntemin kendine özgü test prensipleri ve fiziksel önemi vardır ve pilin performansı hakkında benzersiz bilgiler sunar. Bu yöntemler arasındaki farkları anlamak için öncelikle akım akışına karşı direnci tanımlayan çeşitli terimleri açıklığa kavuşturmamız gerekir.
01. Direnç Nedir?
Direnç, illa ki bir direnç bileşenini ifade etmez; daha ziyade, bir cihaz veya malzemenin akım akışına gösterdiği direnci tanımlar ve temelde elektrik enerjisini geri döndürülemez bir şekilde başka enerji biçimlerine dönüştürür. Direnç, reaktans kısmının sıfır olduğu özel bir empedansı ifade eder.
02. Mevcut Direnci Açıklayan Terimler
Lityum iyon pilin iç direnci, ohmik direnç, arayüz empedansı, yük transfer empedansı, difüzyon empedansı, ohmik polarizasyon direnci, elektrokimyasal polarizasyon direnci ve konsantrasyon polarizasyon direncini içerir.
- Ohmik Direnç: Esas olarak elektrot malzemelerinin, elektrolitlerin, ayırıcıların ve çeşitli parçaların temas direncinden oluşur. Pilin boyutu, yapısı ve montajı ile ilgilidir.
- Polarizasyon Direnci: Akım elektrottan geçtiğinde elektrot potansiyelinin denge potansiyelinden sapmasını ifade eder. Elektrokimyasal reaksiyonlardan kaynaklanır ve sabit değildir; aktif malzemelerin bileşimindeki, elektrolit konsantrasyonundaki ve sıcaklıktaki değişiklikler nedeniyle şarj ve deşarj sırasında değişir. Ohmik direnç Ohm Yasası'na uyarken, polarizasyon direnci akım yoğunluğuyla artar, ancak doğrusal olarak değil, genellikle akım yoğunluğunun logaritmasıyla doğrusal olarak artar.
Farklı pil türlerinin farklı iç dirençleri vardır. Aynı tür pillerde bile, kimyasal özelliklerdeki tutarsızlıklar nedeniyle iç direnç değişebilir. İç direnç miliohm cinsinden ölçülür ve pil performansının önemli bir teknik göstergesidir. Genellikle, daha düşük bir iç direnç yüksek akım deşarjı için daha güçlü bir kapasiteyi, daha yüksek bir iç direnç ise daha zayıf deşarj kapasitesini gösterir.
03. DCIR nedir?
DCIR (Doğru Akım İç Direnci), ohmik direnç, arayüz empedansı, yük transfer empedansı, difüzyon empedansı, ohmik polarizasyon direnci, elektrokimyasal polarizasyon direnci ve konsantrasyon polarizasyon direnci dahil olmak üzere pilin toplam direncini ölçer. Li iyonları test sırasında önemli uzamsal değişimlere uğradığından, buna dinamik direnç denir.
DCIR, akünün belirli bir akım oranı (I) ile belirli bir süre (t) boyunca şarj ve deşarj edilmesi ve işlemden önceki (U1) ve sonraki (U2) voltajın kaydedilmesiyle test edilir:
R = (U2 – U1)/I
DCIR testinin amacı, pilin empedansının gerçek çalışma koşullarındaki halini elde etmektir.
04. ACIR nedir?
ACIR (Alternatif Akım İç Direnci), polarizasyon etkilerini ortadan kaldırmak ve malzemenin akıma karşı direncini doğrudan ölçmek için alternatif akım kullanarak pil direncini ölçer. Yeterince yüksek bir frekansta (f = 1/T), akım döngüsü yeterince kısadır ve Li iyonları orijinal konumlarından önemli ölçüde hareket etmez, sadece ileri geri salınırlar.
Yüksek frekanslarda aşağıdaki varsayımlar yapılır:
1. Yük hareketi oluşmaz, dolayısıyla yük birikimi olmaz ve polarizasyon oluşmaz.
2. Yük dağılımı değişmediği için kapasitans değişmez kalır.
3. Li iyonlarının konumu değişmediğinden difüzyon empedansı yoktur.
Genellikle 1000 Hz frekans kullanılır ve bu noktada ACIR değeri, pilin saf bir direnç gibi davrandığı varsayılarak, ohmik dirence eşdeğer kabul edilir.
05. EIC nedir?
Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS): Tahribatsız bir parametre belirleme yöntemi olup, batarya kinetik davranışını belirlemek için etkili bir yöntemdir. Batarya sistemine w1 frekansında küçük genlikli sinüzoidal bir voltaj sinyali uygulanır ve sistem w2 frekansında sinüzoidal bir akım tepkisi üretir. Uyarma voltajının tepki akımına oranındaki değişim, elektrokimyasal sistemin empedans spektrumunu oluşturur.
Burada, ACIR ve EIS test yöntemlerinin aynı olduğu ve her ikisinin de test için alternatif akım kullandığı görülebilir. Ancak ACIR yalnızca belirli bir frekansta yapılan bir testken, EIS belirli bir frekans aralığında yapılan bir testtir ve ikisinin de kullanım amaçları farklıdır.
EIS, test için belirli bir frekans aralığında alternatif akım kullanır. Farklı bileşenler, devreyi farklı parçalara ayırmak için farklı frekanslardaki akımlara farklı tepki verir ve ardından her bir parçanın belirli bir bileşene karşılık geldiğini yapay olarak varsayar. Aslında EIS testinde, tüm devre her frekansta katılır ve her bileşen katkıda bulunur.
Dolayısıyla EIS'nin amacı, belirli bileşenlerin performansını farklı frekanslar aracılığıyla yükseltmek, böylece bunları kabaca bölmek ve belirli bir bileşenin özel analizini yapmaktır.
Gönderi zamanı: 12 Temmuz 2024
