Et Nyquist-plot er en graf, der plotter impedansværdier målt ved flere frekvenser. Impedans er en parameter, der indeholder modstands- og reaktanskomponenterne.

Fig. 1: Typisk Nyquist-plot af intern modstand i et lithium-ion-batteri

Det er en metode til at måle impedans ved at anvende et AC-signal. AC-signalet, der bruges til at måle impedansen af ​​et batteri, har normalt en fast frekvens på 1 kHz. Der er også en metode til at måle impedans ved hjælp af flere frekvenser i modsætning til en enkelt frekvens. Det kaldes elektrokemisk impedansspektroskopi eller EIS. Denne metode kræver ikke adskillelse af batteriet, så det giver en sikker og ikke-destruktiv måde at observere adfærden inde i et batteri.

Batteriets interne modstand kan generelt opdeles i følgende tre kategorier.

1. Elektrolytmodstand
2. Reaktionsmodstand
3. Diffusionsmodstand

Som vist i fig. 2 er de fysiske fænomener, der dominerer impedans, forskellige afhængigt af frekvensbåndet. For eksempel er impedansen ved høje frekvenser (ca. 1 kHz) for det meste forårsaget af lithium-ion migration i elektrolytten. Lithium-ion-diffusion forekommer inden i elektroden ved lave frekvenser (mindre end 1 Hz) og Li-ion-overførselsreaktioner ved mellemfrekvenser (1 til flere hundrede Hz). Med andre ord giver en detaljeret analyse af Nyquist-plottet os mulighed for at evaluere forskellige fænomener i forskellige dele af batteriet.

Fig. 2: Typisk sammenhæng mellem Nyquist-plot og intern modstand i et batteri

En typisk analysemetode er kendt som ækvivalent kredsløbsanalyse, som bruger en ækvivalent kredsløbsmodel som vist i fig. 3. I kredsløbsmodellen er hvert fænomen inde i batteriet modelleret af forskellige ækvivalente kredsløbselementer. Grundstofværdierne beregnet ved analysen kan anses for at angive karakteristikaene ved de fysiske fænomener, som grundstofferne repræsenterer.

Fig. 3: Eksempel på Nyquist-plot og ækvivalent kredsløbsmodel

Som vist i fig. 4 er der en signifikant forskel i reaktionsmodstanden mellem et uberørt og et nedbrudt lithium-ion-batteri. I applikationer, der involverer opladning og afladning ved lave temperaturer eller dyb opladning og afladning (SOC mellem 0% og 100%), vil der sandsynligvis forekomme nedbrydning. Nedbrydningen af ​​ladningsoverførselsmodstanden er især mærkbar i Nyquist-plottet som reaktionsmodstand.

Fig. 4: Sammenligning af de målte data for uberørte og forringede lithium-ion-batterier med Nyquist-plottet

Årsagerne til battericelledefekter kan identificeres ved at måle AC-impedans ved flere frekvenser. f.eks.

Når R1 er større: Faldende i elektrolytkoncentration, eller elektroden kan have dårlig svejsning.

Når R2 er større: Der kan være opstået en fejl under elektrodeproduktionsprocessen, eller elektroden kan reagere dårligt på overfladen.

SW1001 og SW1002 er switch-mainframes til multiplexer-moduler, der lader dig teste batterier hurtigt og på mere end én kanal. Brug en af ​​dem i kombination med BT4560 eller IM3590 til at udføre multi-kanal Nyquist plotmålinger.

"Multi-plot", en gratis webapplikation, giver dig mulighed for at tegne et Nyquist-plot blot ved at indlæse en fil i din webbrowser. Tegn frit Nyquist-plottet uden nogen begrænsninger på antallet af point, der kan tegnes fra en fil, eller antallet af grafer, der kan overlappes. De vandrette og lodrette akser skaleres automatisk baseret på de grafer, der gengives. Filer erhvervet med forskellige måleinstrumenter kan også overlappes til sammenligning og analyse.

Et bæredygtigt samfund kan ikke realiseres uden udvikling og produktion af batterier af høj kvalitet. Vi hos Hioki tilbyder en bred vifte af batterimålingsløsninger.