宏觀均相多孔電極電化學(xué)阻抗譜基礎(chǔ)

創(chuàng)新點(diǎn)本文采用復(fù)相量方法，在宏觀同態(tài)均相假設(shè)下，重新推演多孔電極電化學(xué)阻抗譜模型，并厘清先前模型推導(dǎo)中若干模糊性表述。由此，數(shù)值仿真了阻抗譜特征隨多孔電極參數(shù)的演變規(guī)律，并定量揭示了多孔電極中電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)的耦合競爭效應(yīng)。選題依據(jù)多孔電極在電化學(xué)能源存儲與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域不可或缺，而阻抗譜模型為多孔電極的阻抗譜數(shù)據(jù)與物理化學(xué)參數(shù)建立起橋梁，故電化學(xué)阻抗譜可用來理解多孔電極中質(zhì)量輸運(yùn)與電荷傳導(dǎo)。對電化學(xué)能源系統(tǒng)實(shí)施電化學(xué)阻抗譜診斷，需要完整理解其多孔電極阻抗譜模型，才能合理配置測試參數(shù)，正確選擇解析算法，準(zhǔn)確理解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由此實(shí)現(xiàn)有效的阻抗譜診斷，進(jìn)而得出可靠的結(jié)論。研究方案或路線

研究內(nèi)容與數(shù)據(jù)

1.多孔電極的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1

(a)Schematicdiagramofporouselectrode;(b)Transmissionlinemodelforporouselectrode.Herein,diselectrodethickness,xandtrepresentthelocationvariableandtimevariable,respectively,

Φ1

(x,t)

and

Φ2

(x,t)

representthepotentialsofelectrodematrixandelectrolyteinpore,respectively.2.多孔電極中電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)的競爭效應(yīng)：擴(kuò)散系數(shù)DFig.2

Underagiven

σ1,theevolutiontrendoftheporouselectrodeimpedancespectrawithrespecttoD.At

σ1=1σ0,(a)Nyquistviewand(b)Nyquistenlargedview;at

σ1=10σ0,(c)Nyquistviewand(d)Nyquistenlargedview;at

σ1=100σ0,(e)Nyquistviewand(f)Nyquistenlargedview;when

σ1=1σ0、10σ0、100σ0,(g)|z|～fdiagramand(h)θ～fdiagram.3.多孔電極中電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)的競爭效應(yīng)：電極厚度dFig.3

Underagiven

σ1,theevolutiontrendoftheporouselectrodeimpedancespectrawithd.At

σ1=1σ0

(a)Nyquistglobalviewand(b)Nyquistenlargedview;at

σ1=10σ0

(c)Nyquistglobalviewand(d)Nyquistenlargedview;at

σ1=100σ0

(e)Nyquistglobalviewand(f)Nyquistenlargedview;when

σ1=1σ0、10σ0、100σ0,(g)|z|～fdiagramand(h)θ～fdiagram.4.

多孔電極中電荷傳導(dǎo)反應(yīng)的競爭效應(yīng)：單位體積的表面積ScFig.4

Underagiven

σ1,theevolutiontrendoftheporouselectrodeimpedancespectrawithrespecttoSc

.At

σ1=1σ0,(a)Nyquistviewand(b)Nyquistenlargedview;at

σ1=10σ0,(c)Nyquistviewand(d)Nyquistenlargedview;at

σ1=100σ0,(e)Nyquistviewand(f)Nyquistenlargedview;when

σ1=1σ0、10σ0、100σ0,(g)|z|～fdiagramand(h)θ～fdiagram.

主要結(jié)論1)厘清了傳統(tǒng)多孔電極阻抗譜模型推導(dǎo)中的模糊性表述。在傳統(tǒng)推導(dǎo)中，激勵信號與響應(yīng)信號表述不規(guī)范，阻抗譜模型推理過程不清晰，由此導(dǎo)致多孔電極阻抗譜的理解困難。本文采用復(fù)相量方法，重新推導(dǎo)同態(tài)多孔電極阻抗譜模型，厘清先前模型推導(dǎo)中模糊性表述。2)建立了完整的阻抗譜診斷示例。從主控方