Pengujian ketahanan baterai lithium-ion umumnya melibatkan tiga metode: DCIR, ACIR, dan EIS. Setiap metode memiliki prinsip pengujian dan signifikansi fisik yang berbeda, sehingga menawarkan wawasan unik tentang kinerja baterai. Untuk memahami perbedaan di antara metode-metode ini, pertama-tama kita perlu mengklarifikasi berbagai istilah yang menggambarkan ketahanan terhadap aliran arus.
01. Apa itu Resistensi?
Resistansi tidak selalu merujuk pada komponen resistor; melainkan, ia menggambarkan perlawanan yang ditunjukkan perangkat atau material terhadap aliran arus, yang pada dasarnya mengubah energi listrik menjadi bentuk energi lain secara ireversibel. Resistansi adalah kasus khusus impedansi ketika bagian reaktansi adalah nol.
02. Istilah yang Menggambarkan Resistansi Arus
Resistansi internal baterai lithium-ion meliputi resistansi ohmik, impedansi antarmuka, impedansi transfer muatan, impedansi difusi, resistansi polarisasi ohmik, resistansi polarisasi elektrokimia, dan resistansi polarisasi konsentrasi.
- Resistansi Ohmik: Terutama terdiri dari resistansi bahan elektroda, elektrolit, separator, dan resistansi kontak berbagai komponen. Resistansi ini terkait dengan ukuran, struktur, dan perakitan baterai.
- Resistansi Polarisasi: Mengacu pada penyimpangan potensial elektroda dari potensial keseimbangan saat arus mengalir melalui elektroda. Hal ini disebabkan oleh reaksi elektrokimia dan tidak konstan; berubah selama pengisian dan pengosongan karena variasi komposisi bahan aktif, konsentrasi elektrolit, dan suhu. Resistansi ohmik mengikuti Hukum Ohm, sementara resistansi polarisasi meningkat seiring dengan kepadatan arus tetapi tidak secara linear, sering kali meningkat secara linear dengan logaritma kepadatan arus.
Berbagai jenis baterai memiliki resistansi internal yang berbeda. Bahkan dalam jenis yang sama, resistansi internal dapat bervariasi karena ketidakkonsistenan karakteristik kimia. Resistansi internal diukur dalam satuan miliohm dan merupakan indikator teknis penting dari kinerja baterai. Biasanya, resistansi internal yang lebih rendah menunjukkan kemampuan yang lebih kuat untuk pelepasan arus tinggi, sedangkan resistansi internal yang lebih tinggi menunjukkan kemampuan pelepasan yang lebih lemah.
03. Apa itu DCIR?
DCIR (Direct Current Internal Resistance) mengukur total resistansi dalam baterai, termasuk resistansi ohmik, impedansi antarmuka, impedansi transfer muatan, impedansi difusi, resistansi polarisasi ohmik, resistansi polarisasi elektrokimia, dan resistansi polarisasi konsentrasi. Karena ion Li mengalami perubahan spasial yang signifikan selama pengujian, hal ini disebut sebagai resistansi dinamis.
DCIR diuji dengan cara melakukan pengisian dan pengosongan baterai dengan laju arus tertentu (I) selama durasi tertentu (t), dan mencatat tegangan sebelum (U1) dan setelah (U2) proses:
R = (U2 – U1)/Saya
Tujuan pengujian DCIR adalah untuk mendapatkan impedansi baterai sebagaimana adanya dalam kondisi operasi sebenarnya.
04. Apa itu ACIR?
ACIR (Alternating Current Internal Resistance) mengukur resistansi baterai menggunakan arus bolak-balik untuk menghilangkan efek polarisasi dan langsung mengukur resistansi material terhadap arus. Dengan frekuensi yang cukup tinggi (f = 1/T), siklus arus cukup pendek sehingga ion Li tidak bergerak secara signifikan dari posisi aslinya, hanya berosilasi maju mundur.
Pada frekuensi tinggi, asumsi berikut dibuat:
1. Tidak terjadi pergerakan muatan, sehingga tidak terjadi akumulasi muatan, dan tidak terjadi polarisasi.
2. Kapasitansi tetap tidak berubah karena distribusi muatan tidak berubah.
3. Tidak ada impedansi difusi karena posisi ion Li tidak berubah.
Biasanya, frekuensi 1000 Hz digunakan, pada titik ini nilai ACIR dianggap setara dengan resistansi ohmik, dengan asumsi baterai berperilaku sebagai resistor murni.
05. Apa itu EIC?
Spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS): Ini adalah penentuan parameter non-destruktif dan metode efektif untuk menentukan perilaku kinetik baterai. Sinyal tegangan sinusoidal amplitudo kecil dengan frekuensi w1 diterapkan ke sistem baterai, dan sistem menghasilkan respons arus sinusoidal dengan frekuensi w2. Perubahan rasio tegangan eksitasi terhadap arus respons adalah spektrum impedansi sistem elektrokimia.
Di sini dapat ditemukan bahwa metode pengujian ACIR dan EIS sama, keduanya menggunakan arus bolak-balik untuk pengujian. Akan tetapi, ACIR hanya merupakan pengujian pada frekuensi tertentu, sedangkan EIS merupakan pengujian dalam rentang frekuensi, dan tujuan keduanya berbeda.
EIS menggunakan arus bolak-balik dalam rentang frekuensi tertentu untuk pengujian. Komponen yang berbeda merespons arus dengan frekuensi yang berbeda secara berbeda untuk membagi rangkaian menjadi beberapa bagian, dan kemudian secara artifisial menetapkan bahwa setiap bagian sesuai dengan komponen tertentu. Faktanya, dalam pengujian EIS, seluruh rangkaian berpartisipasi pada setiap frekuensi, dan setiap komponen berkontribusi.
Oleh karena itu, tujuan EIS adalah untuk memperkuat kinerja komponen-komponen tertentu melalui frekuensi yang berbeda-beda, sehingga dapat membaginya secara kasar dan membuat analisis spesifik terhadap komponen tertentu.
Waktu posting: 12-Jul-2024
