测扩散系数:恒电流间歇滴定技术GITT

发布网友发布时间：2024-10-23 03:52

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热心网友时间：2024-11-03 15:48

电化学研究“物质变化与电荷转移”之间的关系，涉及锂电池等储能器件性能优化。恒电流间歇滴定（GITT）技术是一种有效手段，用于研究“物质扩散与电荷转移”之间的联系。

在GITT测试中，通过一系列“脉冲+恒电流+弛豫”过程，研究电池性能。扩散是物质转移的重要形式，如锂离子在锂电池电极材料中的嵌入脱出过程，其化学扩散系数D对电池性能至关重要。GITT技术正是用来测定这种化学扩散系数。

GITT测试包含电流强度（[公式]）与弛豫时间（[公式]）两个关键参数。测试起始施加正电流脉冲，电池电势快速升高，与[公式] 压成正比。接着维持恒定电流，电势缓慢上升，需使用菲克第二定律描述。随后中断电流，电势迅速下降，下降值与[公式] 压成正比。最后，进入弛豫过程，通过锂离子扩散，电极中组分趋向均匀，电势缓慢下降。重复上述过程，直到电池完全充电。放电过程与充电过程相反。

核心公式是计算扩散系数的关键，通过已知参数计算出[公式]，进而得到D。公式中包含电流值、法拉第常数、离子电荷数、电极/电解质接触面积等已知参数，以及库仑滴定曲线的斜率和电势与时间的关系等未知参数。简化公式在电流很小且弛豫时间很短时，与弛豫时间[公式]、摩尔数[公式]、电极材料摩尔体积[公式]和电极/电解质接触面积[公式]等已知参数直接相关。

实例分析中，GITT技术应用于镍钴锰正极材料的研究，通过假设材料颗粒为直径[公式]的球体，简化核心公式得到扩散系数D。研究结果揭示了GITT技术在电池材料扩散系数测定中的应用价值。

总结，GITT技术通过一系列“脉冲+恒电流+弛豫”过程，结合核心公式，精确测定化学扩散系数D，对电池性能评估与优化具有重要意义。