Plot Nyquist untuk Pengukuran Impedansi Baterai Lithium-ion
Apa plot Nyquist (plot Cole-Cole)?
Plot Nyquist adalah grafik yang memplot nilai impedansi yang diukur pada beberapa frekuensi. Impedansi adalah parameter yang memuat komponen resistansi dan reaktansi.
Gbr. 1: Plot Nyquist khas dari resistansi internal baterai Lithium-ion
Apa metode pengukuran impedansi?
Ini adalah metode pengukuran impedansi dengan menerapkan sinyal AC. Sinyal AC yang digunakan untuk mengukur impedansi baterai biasanya memiliki frekuensi tetap 1 kHz. Ada juga metode untuk mengukur impedansi menggunakan beberapa frekuensi sebagai lawan dari satu frekuensi. Ini disebut Spektroskopi Impedansi Elektrokimia, atau EIS. Metode ini tidak memerlukan pembongkaran baterai sehingga memberikan cara yang aman dan tidak merusak untuk mengamati perilaku di dalam baterai.
Resistansi internal baterai secara umum dapat dibagi menjadi tiga kategori berikut.
1. Resistensi elektrolit
2. Resistensi reaksi
3. Resistensi difusi
Seperti ditunjukkan pada Gambar. 2, fenomena fisik yang mendominasi impedansi berbeda tergantung pada pita frekuensi. Misalnya, impedansi pada frekuensi tinggi (sekitar 1 kHz) sebagian besar disebabkan oleh migrasi Lithium-ion dalam elektrolit. Difusi lithium-ion terjadi di dalam elektroda pada frekuensi rendah (kurang dari 1 Hz) dan reaksi transfer Li-ion pada frekuensi menengah (1 hingga beberapa ratus Hz). Dengan kata lain, analisis terperinci dari plot Nyquist memungkinkan kita untuk mengevaluasi berbagai fenomena di berbagai bagian baterai.
Gambar 2: Hubungan khas antara plot Nyquist dan resistansi internal baterai
Metode analisis tipikal dikenal sebagai analisis rangkaian ekivalen, yang menggunakan model rangkaian ekivalen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Dalam model rangkaian, setiap fenomena di dalam baterai dimodelkan oleh elemen rangkaian ekivalen yang berbeda. Nilai elemen yang dihitung dengan analisis dapat dianggap menunjukkan karakteristik fenomena fisik yang diwakili oleh elemen.
Gambar 3: Contoh Plot Nyquist dan Model Rangkaian Ekuivalen
Aplikasi Penggunaan
1. Memeriksa tingkat kerusakan baterai
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4, ada perbedaan yang signifikan dalam ketahanan reaksi antara baterai Lithium-ion murni dan terdegradasi. Dalam aplikasi yang melibatkan pengisian dan pengosongan pada suhu rendah atau pengisian dan pengosongan dalam (SOC antara 0% dan 100%), degradasi kemungkinan akan terjadi. Degradasi resistensi transfer muatan terutama terlihat di plot Nyquist sebagai resistensi reaksi.
Gbr. 4: Membandingkan data terukur untuk baterai lithium-ion murni dan rusak dengan plot Nyquist
2. Identifikasi faktor kerusakan baterai
Penyebab kerusakan sel baterai dapat diidentifikasi dengan mengukur impedansi AC pada beberapa frekuensi. Sebagai contoh,
Ketika R1 lebih besar: Penurunan konsentrasi elektrolit, atau elektroda mungkin memiliki pengelasan yang buruk.
Ketika R2 lebih besar: Kegagalan mungkin terjadi selama proses produksi elektroda, atau elektroda mungkin bereaksi buruk pada permukaannya.
Solusi yang diusulkan oleh Hioki
1. Alat ukur
| Model produk | BT4560 | IM3590 | IM3536-01+9268-10 |
|---|---|---|---|
| Tujuan | Lini produksi sel, Untuk R&D (Riset dan Pengembangan) | Untuk R&D (Riset dan Pengembangan) | Untuk R&D (Riset dan Pengembangan) |
| Jenis baterai yang sesuai | Baterai ion lithium | Baterai solid-state | Baterai solid-state |
| Tegangan baterai terukur | 5V maks. | 5V maks. | 10V maks. |
| Jenis rentang frekuensi | 0,1 Hz hingga 1,05 kHz *0,04Hz hingga 10kHz | 1 MHz hingga 200 kHz | 4 Hz hingga 10 MHz |
- * Spesifikasi khusus
2. Pengukuran dan Evaluasi Berganda
SW1001 dan SW1002 adalah rangka utama sakelar untuk modul multiplekser yang memungkinkan Anda menguji baterai dengan cepat dan di lebih dari satu channel. Gunakan salah satunya dalam kombinasi dengan BT4560 atau IM3590 untuk melakukan pengukuran plot Nyquist multi-channel.
3. Multi-plot
"Multi-plot", aplikasi web gratis, memungkinkan Anda menggambar plot Nyquist hanya dengan memuat file di browser web Anda. Gambar plot Nyquist dengan bebas tanpa batasan jumlah titik yang dapat ditarik dari file atau jumlah grafik yang dapat di-overlap. Sumbu horizontal dan vertikal secara otomatis diskalakan berdasarkan grafik yang dirender. File yang diperoleh dengan alat ukur yang berbeda juga dapat tumpang tindih untuk perbandingan dan analisis.
Masyarakat yang berkelanjutan tidak dapat diwujudkan tanpa pengembangan dan produksi baterai berkualitas tinggi. Kami di Hioki menawarkan berbagai solusi pengukuran baterai.