固態電池被認為是目前潛力的研究方向,已成為目前研究熱點中的熱點,但是固態所面臨的問題界面問題,材料穩定性,離子電導率等成為制約固態性能提升及商業化的巨大障礙。大量的研究人員專注于開發及改進氧化物,硫化物, 聚合物和鹵化物固態電解質的離子電導率。
電化學交流阻抗譜(EIS)被認為是目前測試各類材料離子電導率最佳的技術手段。但準確測試固態電解質的離子電導率并非易事,為了理清這個關鍵問題,我們需要了解以下信息, 才能確保離子電導率測試準確可靠。
Fig 1. 固態電池中的界面及離子傳遞模型
Chem. Rev. 2020, 120, 14, 6878–6933
Fig 2. 固態材料中的離子界面過程等與電容的響應關系
Adv. Mater. 132-138, 2 (1990) No. 3
Fig 3. 固態材料的EIS響應曲線-理想模型
Fig 3.中各元素的含義
對應的擬合電路為(RbQb)(RgbQgb)Wel
R 是純電阻(Resistance)
Q 是常相位角元件(Constant Phase Element)
W 是Warburg 阻抗;
b 指電解質晶粒體相(bulk),
gb 指晶界(grain boundary)
el 指阻塞電極(electrode)
將Fig 2.中的對應的電容量級帶入下列數學計算公式,即可得到EIS響應曲線所需的頻率范圍,如10的-8次方,頻率約為10-100 MHz量級。
主要有以下原因:
固態電解質的樣品前處理
固態電解質夾具
設備與夾具的連接
設備的高頻響應能力
……
Fig 4. 典型的固態電解質材料的EIS響應曲線
鋰離子固體電解質研究中的電化學測試方法,儲能科學與技術
Energy Storage Materials 69 (2024) 103378
Fig 4.圖為常見的比較典型的固態電解質EIS曲線:
Fig 4a為固態電解質理論模型。
Fig 4b為實際測試合理結果,阻塞電極良好,受限于設備高頻能力,高頻半圓不完整。
Fig 4c為阻塞電極較差,阻塞電極與電解質界面影響。
Fig 4d為阻塞電極良好,但受限于接線及設備高頻交流阻抗能力。
對于固態離子電導率的準確測試,并非易事,需要全面慎重考慮樣品制備,阻塞電極的設計,設備與阻塞電極的連接方式,交流阻抗設備(EIS)的高頻能力及可靠性等。雖然市面上能夠進行阻抗測試的設備有非常多類型,但能夠同時覆蓋高頻和低頻,并表現出優異性能的設備,從硬件設計來說依然面臨巨大挑戰。
相關產品
免責聲明
- 凡本網注明“來源:化工儀器網”的所有作品,均為浙江興旺寶明通網絡有限公司-化工儀器網合法擁有版權或有權使用的作品,未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經本網授權使用作品的,應在授權范圍內使用,并注明“來源:化工儀器網”。違反上述聲明者,本網將追究其相關法律責任。
- 本網轉載并注明自其他來源(非化工儀器網)的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責,不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網站或個人從本網轉載時,必須保留本網注明的作品第一來源,并自負版權等法律責任。
- 如涉及作品內容、版權等問題,請在作品發表之日起一周內與本網聯系,否則視為放棄相關權利。