在电池测试中使用三电极电池

电池通常有两个电极:阳极和阴极。在充电和放电周期中,离子通过分离器到达任一电极,并在此过程中释放能量。 

电池测试单元可以建立在包括第三个电极的基础上。这就是所谓的参考电极(RE)。参考电极允许对电池性能进行更多的分析,因为它将阳极和阴极的测试结果解耦。

在研究电池材料时,参考电极(RE)的使用使研究人员能够测量和区分电池的每个组成部分对其整体性能的贡献。三电极实验有助于确定哪个电极(阳极或阴极)在长期测试中限制电池的性能。重要的是确定每个电极在各种测试条件下对电池退化的贡献,而不是盲目地用一个或两个电极进行实验。

为什么这很重要?

大多数 所有 当阳极和阴极的结果可以通过使用参比电极进行解耦时,电化学实验和电池测试可以提供对电池的更多理解。 这也延伸到了传统上被认为是 "工业 "的应用。 与商业设备和电动汽车相关的动态充放电曲线和快速充电模拟,与低速率恒定电流循环相比,可以从电池中获得独特的性能。

三电极测试也有利于评估电池的安全性。 Minter和Juarez-Robles强调了快速充电,这是电动汽车高度追求的特性,创造了检测和监测电池阳极上发生的锂电镀的巨大需求。 [Minter RD, Juarez-Robles D, et al 2018 J Vis Exp., (135):57735.] 这可以在测试中使用三电极电池来实现。

电池研究的一个基本目标是开发持久的电池。 这对电动汽车和电网存储应用尤其重要,因为商业电池和电池组必须持续数千次循环和长达10年。 三电极测试使研究人员能够确定其电池中的限制因素,从而将注意力集中在最需要改进的地方。

在不同的测试情况下如何使用参比电极

  • 在HPPC测试中,常见的是 电动汽车应用,使用参比电极揭示了电极的极化。
  • 进行EIS显示,当利用三电极电池时,来自阳极和阴极的去耦阻抗是单独的。
  • 当证明SEI增长导致的锂损失是一个主要的老化机制时,阳极和阴极的单独贡献被揭示出来。
  • 差异容量分析可以揭示阳极和阴极电压曲线的变化,以及它们是如何单独导致电池退化的。

创建稳定和可靠的三电极电池的障碍

将一个新的三电极实验的结果与其他已发表的结果进行比较,需要尽可能多地保持变量的一致性,如电极尺寸、材料量、电池的均匀性等,否则就要尝试将结果归一化。 这就是为什么传统的细胞类型被修改为纳入参考电极作为 "自制 "细胞的主要原因,因此结果更容易比较,归一化程度最低。 研究人员希望展示他们的结果,并与同一电池类型(圆柱形、袋装、硬币)的现有双电极数据进行比较。 然而,由于大多数电池材料的工作是使用coincells进行的,这是三电极实验的自然选择,以便将新的结果与出版物中大量的传统两电极数据进行比较。 新的实验数据将使阳极和阴极解耦并提供新的见解。

其他商业化的三电极电池,如世伟洛克式的或分体式的电池设计,成本高,实施和规模都不实际,而且有时建造和使用会很复杂。 在与传统的电池格式(硬币、圆柱形、袋装等)进行比较时,这些类型的电池的测试结果也必须进行标准化。

Arbin的三电极测试单元配置及其优点

新颖的 "3E "巧合剂具有与传统CR2032巧合剂相同的表面积,使其成为比较所有已发表的巧合剂数据结果的理想选择。它为用户提供了通过进行大规模三电极测试来快速制作新材料原型的能力。事实证明,传统方法过于昂贵,而且提供的结果不一致。 Arbin的新型3E Coin Cell为用户提供了一种经济实惠、易于使用的三电极细胞支架,可以进行长期循环,并在不同的样品之间提供一致的结果。 低单位成本、一次性设计和易于建造的纽扣电池结构使用户能够快速建造大量的电池用于材料研究测试。3E纽扣电池与Arbin的3E纽扣电池座接口,并与我们的MSTAT产品系列直接连接

上文所述的阳极和阴极之间解耦测试结果的替代解决方案之所以存在,是因为这些数据有能力加快电池的研究和开发,使新的电池化学成分更快地进入市场。

Arbin最新一代的LBT和MSTAT高精度电池测试设备因其还能加快电池开发过程而吸引了学术界和工业界研究人员的关注。 Arbin标准的24位分辨率、极高的精度和最先进的热管理,比其他电池测试仪产生更详细和一致的结果。 这使得多个行业伙伴与Arbin合作开展合作项目,包括ARPA-E拨款。通用汽车公司已经允许Arbin授权并商业化一种新的三电极电池设计,可以进一步加强和加速他们的电池测试项目。

发布在

阿尔滨团队

滚动到顶部