尖晶石LiCoxMn2-xO4的电化学阻抗谱分析

用溶胶-凝胶法合成尖晶石LiCoxMn2-xO4(x=0.1、0.2、0.3和0.4)。随着Co掺杂量x的提高,样品的首次比容量降低,循环性能提高。LiCo0.1Mn1.9O4的电化学阻抗谱(EIS)高频区域拉长压扁的半圆由两个半圆重叠而成,分别归属于Li+通过SEI膜的迁移和LiMn2O4的电子电导率。在首次充放电过程中,3.95~3.70 V时SEI膜的阻抗增大,可能是Li+嵌入时颗粒膨胀导致晶体畸变所致;随着电极电位升高,电子传输电阻Re总体减小,电荷传递电阻Rct先减小,后增大。     

基于电化学阻抗谱的锂电池过充电阻抗特性与检测方法研究

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电行为及过程开展检测研究,在实验室设计并制定电池过充电模拟循环实验,利用弛豫时间分布法对锂电池阻抗特性进行分析;在获得电池阻抗特性的基础上,对电池弛豫时间分布曲线进行解析;最后筛选阻抗特征参量为模型输入量,构建支持向量机模型进行电池过充电检测。结果表明,弛豫时间分布曲线中的极化峰P₁对应锂离子在固态电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜中的扩散过程、极化峰P₂对应电子在正极材料中的扩散过程、极化峰P₃对应锂离子在电极界面的氧化还原反应。过充电会导致电池欧姆内阻、SEI膜内阻与电荷转移电阻的增长速率最大为正常循环的266%、360%和182%,其中固态电解质界面SEI膜内阻为主要因素。电化学阻抗谱的阻抗特征参量以及支持向量机模型可以用于锂电池过充电检测,估计精度达93....     

弛豫时间分布阻抗分析PEMFC气体扩散层传质现象

电化学阻抗谱是电化学中常用的技术,而传统方法在分析EIS数据时不够准确直观,为此,弛豫时间分布法可以更有效地解决该问题。基于弛豫时间分布法在处理电化学阻抗数据的直观有效性上,对燃料电池的气体扩散层在不同压缩率与不同操作条件下的传质情况进行分析。测试结果表明低压缩率的电池接触电阻较大,高压缩率的电池存在被压塌的可能,10%与20%表现较好。低电流密度下,不同压缩率的性能与阻抗无明显差别,电流密度逐渐升高时,传质阻力影响最大,电荷传输次之。改变操作条件,背压的改变会影响水传质的效果;在性能相近的不同压缩率下,过量系数会改善气体传输阻力;而加湿度变低,会增大传质,峰值的位置也会产生偏移现象。     

基于单频阻抗的锂离子电池热失控分级预警

潜在的热失控风险,特别是过充电,可能会引发锂离子电池的安全事故。以电化学阻抗谱(EIS)为基础,采用单频阻抗X_1Hz和X_400Hz实现电池内部阻抗的实时检测。在不同充电倍率、环境温度和健康状态下进行验证,特征阻抗表现出很好的稳定性。基于X_1Hz和X_400Hz的单频阻抗,提出一种热失控安全分级预警方法,并验证该方法的可靠性。该方法的最后一级预警可在热失控前5 min以上发出安全预警。     

电化学阻抗谱在锂电池状态检测中的应用

电化学阻抗谱法是一种广泛的电化学分析手段,在锂离子电池的研究中占有越来越重要的位置。阐述了电化学阻抗谱法的基本原理,电解质与电极材料中的界面反应机理,以及它在锂离子电池的状态监测、正极材料、负极材料研究中的应用,从而可以提高电池的性能,延长电池的寿命。     

磷酸铁锂电池循环过程中电化学交流阻抗研究

研究了商品化磷酸铁锂电池不同倍率循环过程中的电化学交流阻抗谱,分析了电池体系中各部分阻抗随循环次数的变化规律,并对不同循环次数的正负极片表面形貌进行了表征分析。实验表明在较高倍率下电池容量衰减较快,其影响因素主要是石墨负极结构的破坏,与之相对应的是在交流阻抗谱上中低频区新出现的一段圆弧,说明交流阻抗谱的变化与电池性能劣化状态具有相关性。结果表明可以通过电化学交流阻抗谱的特征变化来判断电池的容量劣化状态,为电池的分级筛选和建立梯次利用电池快速评价系统提供了理论依据和技术支持。     

基于特征频率阻抗的锂离子电池健康状态评估

随着锂电池的广泛使用,快速准确的估计锂电池健康状态对于电池安全管理十分重要。为准确估计锂电池健康状态,为电池管理系统提供策略,该文在电池正常工作温度范围内对不同荷电状态、不同健康状态的锂电池进行电化学阻抗谱测试,并对锂电池电化学阻抗谱的弛豫时间分布进行分析,筛选出可有效表征锂电池健康状态的特征频率,建立包含温度影响的锂电池健康状态估计模型,提出基于电化学阻抗谱的锂电池健康状态估计方法。实验结果表明,处于低频区的极化过程S1与S2不受锂电池荷电状态的影响。在不同温度下,极化过程S1与S2受电池健康状态的影响较为显著,可以有效表征电池健康状态。该文建立的电池健康状态估计模型可以将健康状态估计误差控制在2.5%以内。弛豫时间分布方法可以实现锂电池特征频率的筛选,且电化学阻抗谱可用于电池健康状态估计,提升电池安全水平。     

高镍-硅碳体系锂电池阻抗特性研究

高镍-硅碳体系电池是进一步提高电池能量密度的重要研究方向.为了考察负极中不同硅含量电池的循环性能,辨识电极脱嵌锂过程中的主要物理化学过程,采用电化学交流阻抗频谱(EIS)和弛豫时间分布(DRT)来研究高镍-硅碳体系电池循环前后的阻抗特性,研究发现在荷电状态(SOC)为50％时,电解液中锂离子扩散过程是电池阻抗的主要来源...     

基于时频分析的锂离子电池阻抗计算方法

将小波理论应用到电池阻抗的计算中,利用50 s的放电电流,计算出电池在0.031 6~794.328 2 Hz频率的阻抗,同时研究放电电流对结果的影响。在较小的放电电流下,计算得到的电池阻抗低频部分有很好的精度,而高频会受到信噪比的影响;增大放电电流会提升信噪比,可提高中高频阻抗部分的精度,但是由于电池内部的非线性,会导致低频部分阻抗有偏差。以中高频阻抗为研究对象,发现电池处于相同荷电态(SOC)和温度下,中高频段阻抗基本不受输出电流大小的影响。通过对电池进行700次的循环实验,发现电池中高频部分的阻抗与电池健康状态(SOH)有一定的对应关系。     

PEM fuel cell testing by electrochemical impedance spectroscopy

Nowadays, proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are candidate as middle term power sources for automotive, stationary generation and portable power applications. In order to introduce these devices into the market an improvement in their performances seems necessary, as well as the development of an effective control system able to find their optimal operating conditions. This paper deals with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) using an effective tool, where a cost-effective measurement hardware has been developed creating a software to analyze the results. Both single fuel cells and stacks have been tested in various operating conditions. This experimental approach allows to highlight variations of model parameters and to perform a further analysis of the processes occurring in a fuel cell through electrical circuit models. A special attention is given to the experimental results, in order to address fuel cell malfunctions using the EIS approach as an effective diagnostic method.     

电化学阻抗谱测量与应用研究综述

电化学阻抗谱(EIS)是一种广泛应用的锂离子电池无损表征方法,其表征的阻抗是确定电池工作边界、评估性能和跟踪功能状态的关键之一,它已被广泛应用于锂离子电池的研究,可用于电池筛选、运维以及性能评估等各环节.综述了基于电化学阻抗谱的荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计的应用概况,并概述了电化学阻抗谱测量的频域和时域方...     

一种基于LabVIEW的电化学阻抗谱测量方法

利用电化学阻抗谱频率域的测量技术,在LabVIEW平台上设计了1个虚拟电化学阻抗谱测量仪.测量仪能够以扫频的方式产生所需的正弦波激励,并且动态的画出被测系统的伯德图以及电化学阻抗谱.可以得到每个频点下的幅值、相位,以及阻抗谱的实部和虚部的值,并用等效电路进行了实验验证.     

电化学阻抗谱法预测锂电池荷电状态

为了准确预测使用过程中的电池荷电状态,提出了电化学阻抗谱预测法.通过试验曲线得知电池的阻抗图谱包含一个高频区的感抗弧和两个低频区的容抗弧,由此建立了锂电池合理的等效电路,并通过非线性拟合的最小二乘法和电化学知识相结合,解析了等效电路中的元件参数值.研究各参数随荷电状态变化的规律,发现阻抗模的最大值处的频率fmax、相角参数φ以及等效电容CS可用于锂电池荷电状态的分析和预测.     

基于电化学阻抗谱的电池老化寿命研究

电池老化寿命估算是电池管理系统的重要课题,采用电化学阻抗谱法研究电池单体的老化规律,介绍了电池单体SOH算法开发的整个过程,从电池寿命的定义、交流阻抗测量条件的制定,到阻抗参数与电池老化规律分析,至最终的SOH算法开发,初步验证了基于交流阻抗法估算电池SOH的可行性。     

交流阻抗谱法研究燃料电池的极化阻力

电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)是用于研究燃料电池电性能的一种重要手段,因其包含了大量的电池极化阻力等方面的信息。通过对电化学阻抗谱的分析可以得到电池的欧姆极化电阻、电化学极化电阻和浓差极化电阻等数据。分析了固体氧化物燃料电池常见的各种形状的交流阻抗谱,给出了各自的等效电路,并通过对等效电路的拟合求得了电池的极化电阻。与文献中普遍采用的直接读图法相比,拟合法得到的电池极化电阻数据更准确、更合理。     

锂电池电化学阻抗谱的多项式等效电路模型

选取磷酸铁锂圆柱形锂离子电池为实验对象,测试其在263、273和283 K低温环境,298 K常温环境和不同荷电状态(SOC)值下的电化学阻抗谱,建立锂电池多项式等效电路模型,对比了传统等效电路和多项式等效电路的拟合性能,结果表明多项式等效电路模型具有良好的性能,八阶多项式函数足以描述SOC对电路参数的非线性影响,为预测不可见SOC的阻抗谱和电路参数奠定了基础。     

甲醛在Au/Ti电极上电氧化的交法流阻抗研究

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了甲醛在Au/Ti电极上的电氧化过程,通过对Nyquist图的理论分析,求得一系列甲醛电氧化的动力学参数.运用R1[C1(R2W1)]形式的等效电路对甲醛电氧化的阻抗图谱进行了模拟,较好地解释了甲醛电氧化实验中的动力规律.同时考察了极化电位和甲醛浓度对电化学交流阻抗谱的影响,发现在极化电位-0.5 V时甲醛氧化最易进行,随着甲醛浓度的增加电荷转移电阻Rα不断减小.     

电化学阻抗技术在锂离子电池研究中的应用

电化学阻抗技术是一种应用广泛的电化学分析技术,其在锂离子电池及材料研究中占据越来越重要的地位.综述了交流阻抗技术在锂离子电池及材料研究中的应用进展,包括正、负极材料电化学储锂性能及储锂机理、电解质导电性能及其机理、电解质与电极材料间的界面反应、锂离子的界面传导、电池材料失活机理、全电池性能衰减原因及预测等,并展望了交流...     

State-of-health estimation of lithium-ion batteries based on electrochemical impedance spectroscopy: a review

Lithium-ion batteries (LIBs) are crucial for the large-scale utilization of clean energy. However, because of the com-plexity and real-time nature of internal reactions, the mechanism of capacity decline in LIBs is still unclear. This has become a bottleneck restricting their promotion and application. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) contains rich electrochemical connotations and signifcant application prospects, and has attracted widespread atten-tion and research on efcient energy storage systems. Compared to traditional voltage and current data, the state-of-health (SOH) estimation model based on EIS has higher accuracy. This paper categorizes EIS measurement methods based on diferent principles, introduces the relationship between LIBs aging mechanism and SOH, and compares the advantages of diferent SOH estimation methods. After a detailed analysis of the latest technologies, a review is given. The insights of this review can deepen the understanding of the relationship between EIS and the aging efect mechanism of LIBs, and promote the development of new energy storage devices and evaluation methods.