土耳其安卡拉比尔肯特大学化学系的科学家已经使用非线性谐波分析和EIS分析了锂电池。通过比较实验测量和数学模拟，作者已经确定了这些设备中的谐波畸变和其他关键因素。他们的作品出现在日记中Electrochimica Acta。
学习：锂阳极的电池EIS中的非线性谐波：适当的控制和分析。图片来源：微笑战斗/Shutterstock.com
用电化学阻抗光谱表征电池化学成分
锂离子电池已成为运输和工业等多个部门电气化的基石技术。准确的化学表征对于确保其最佳运行至关重要，并且有许多分析技术可用于此目的。
电化学阻抗光谱（EIS）已成为一种非常合适的分析方法，用于分析和分类基于锂电池的电池。由于研究人员的非破坏性，非侵入性和原位性质，此方法对研究人员有利。这至关重要，因为电池具有极高的反应性，并且表征它们在密封的电池中，这是一项挑战。
但是，EIS数据存在局限性。对线性和测量要求的关注，这意味着必须保持固定条件的障碍，妨碍了EIS测量的准确性和功效。无法满足这些条件会导致数据和结论不准确。
在最近的研究中，已经制定了一些策略来解决这些局限性。其中包括使用kramers-kronig关系来检查兼容性以及监视总谐波失真。这两种方法都可以用于评估数据平稳性和线性性。
谐波分析
总谐波失真分析了频域中交替的时间域响应信号。这揭示了高阶谐波以及基本响应的存在。然后将其分配为失真。通过调整激发参数，同时监视低于噪声水平的谐波水平，可以获得EIS数据。
一般而言，预期电化学反应具有非线性性质。电化学响应的复杂动态使平稳性难以实现。如果实验时间尺度短于任何重大变化，则可以满足平稳性条件。低AC条件满足阻抗测量中的线性条件。
几项研究试图将机械和动力学特性与非线性谐波事件相关联，并在腐蚀场进行了早期工作。谐波分析已用于揭示锂离子电池中的质量和电荷传输机制。
作者指出，当使用谐波分配非线性时，应在电化学响应期间发生的非线性和在测量过程中系统变化引起的非平稳性之间进行区分。试图将这两个因素分开时，尤其是在复杂的，封闭的系统（例如电池）时，存在困难。
此外，由于某些非线性事件被错误地分配给了它们，电池内的氧化还原事件会在测量过程中引起混乱。在锂离子电池操作过程中构建非线性和非平稳性行为的准确图片是一个极具挑战性的研究领域。
研究
作者试图使用总谐波失真分析来改善电化学阻抗光谱数据，以克服非线性，非平稳性和测量准确性的研究人员所面临的当前问题。
在研究中进行了四种不同电池化学的测量。选择了市售的锂离子电池进行分析。接近所选电池类型的交流响应的虚拟单元用于在相同条件下提供测量。通过使用此策略，可以准确分配过程的各种特征。
与实验观察一起进行了模拟。模型基于适合Kramers-Kronig可转化的电化学阻抗光谱数据的电路。通过在模拟中以这种方式拟合电路和数据，作者能够观察到现实世界中同等的非平稳条件下的扭曲。
此外，作者通过将它们与模拟电路中观察到的扭曲进行了比较，分析了不同电池中的实验响应。因此，该研究证明了一种研究问题的方法，该方法通过基于锂的电池来改善对非线性和非平稳动态的理解。
研究结论
根据研究中的实验和模拟观察，作者得出了一些重要的结论，这些结论将有助于改善未来研究中锂离子电池的EIS测量。
据观察，该过程的电容性质会导致初始瞬态和电压漂移行为。在电容系统中，这些谐波响应有望在高AC激发条件下出现。通过谐波分析揭示了不同系统电池电压响应中的非平稳性和非线性行为。
初始瞬态响应信号或电压漂移在非平稳性行为中起作用。证明测量过程中的非线性过程是其他谐波响应的原因。这项研究对在这个关键领域的研究未来以及可靠和高效的能源存储设备的设计具有巨大的好处。
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Zabara，M.A.，Katirici，G＆ülgüt，B。（2022）用锂阳极的电池EIS中的非线性谐波：适当的控制和分析Electrochimica Acta140969 [在线，预隔离] ScienceDire亚博老虎机网登录ct.com。可用网址：https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140969
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