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multisine技术eis测量模式
  • 发布时间 : 2020-06-03 10:01:36
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1. 介绍

EIS实验有时需要测试很长一段时间,特别是在测量低频率段时。这会引起一个很重要的问题-电化学系统随着时间而变化。

为了解决这一问题,我们可以使用multisine技术eis测量模式。相对于single sine模式,multisine模式将不同频率的波形在同一时间叠加输出。

Multisine测量定义为由不同频率的相同振幅A及不同相角φ正弦波总和ut)。

为了减少峰值因子EC-Lab软件中将Multisine EIS测量定义为:


2. 实验部分

我们对一个锂离子电池(ANR26650,A123)分别进行single sinemultisine的电化学交流阻抗谱图测量。这个2.3Ah的锂离子电池使用纳米磷酸铁锂作为正极,测量技术为PEIS。所有测试的直流偏置电压均为0V vs. OCP,约为3.31V

交流阻抗频率测量范围为200kHz10mHz。测量软件为EC-Lab软件,仪器配置8A boosterMultisine测量模式仅在频率低于1Hz时起作用。其他参数设置为,正弦波振幅Va=10mV,平均数Na=5,等待时间Pw=0.5,漂移校正drift correction打开。

在此测试中,Single sinemultisine模式的设置参数是完全一样的,multisine设置请参考图Figure.1


3. 实验结果

实验得到的交流阻抗谱图请见图Figure.2。全频率段的交流阻抗谱图为Figure.2上图。Single sinemultisine模式叠加于同一个谱图中。Figure.2中图为Single sinemultisine模式叠加谱图的高频率段。Figure.2下图为Single sinemultisine模式叠加谱图的低频率段。

Figure.2 锂离子电池single sinemultisine eis测量模式对比,红线为single sine数据曲线,蓝线为multisine数据曲线。


Figure.3为锂离子电池交流阻抗谱图single sinemultisine测量模式的实验时间对比。Single sine用时2038秒,multisine模式则仅用时522秒。Multisine测量模式可以明显的看出比single sine模式快约4倍。Multisine eis测量模式测试非常快速,能大大节省实验时间,是一个避免某些电化学系统随时间变化漂移的交流阻抗测量好方法。


4. 总结

Multisine eis测量模式测试是一个避免某些电化学系统随时间变化漂移的交流阻抗测量好方法。取决与测量体系,multisine eis测量模式可以在保证与single sine模式同样精度的情况下,比原先的测量速度快34倍。

尽管如此,用户还需细心的调节实验条件。Multisine eis测量模式的激励在原理上是按所有频率定义的,因此在各个频率上,其激励是不如single sine模式稳定的,这样会导致一定的噪声影响。尽管如此,提高激励亦会带来EIS测量非线性条件的问题,从而影响EIS交流阻抗的测量结果。



参考文章:

1) E. Van Gheem, J. Vereecken, J. Schoukens, R. Pintelon, P. Guillaume, P. Verboven and L. Pauwels, Electrochim. Acta 49 (2004) 2919.

2) E. Van der Ouderaa, J. Schoukens, J. Renneboog, IEEE Trans. Instrum. Meas. 37(1)

(1988) 145.

3) R. Pintelon and J. Schoukens, System identification, IEEE Press, (2001).

4) M. R. Schroeder, R. Pintelon, Y. Rolain, IEEE Trans. Instrum. Meas. IM-49 (2000) 275.

5) Application note #9 “Linear vs. non linear systems in impedance measurement”


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