논문 전문 : https://www.nature.com/articles/s41467-023-37989-6
[출처] Chien, YC., Liu, H., Menon, A.S. et al. Rapid determination of solid-state diffusion coefficients in Li-based batteries via intermittent current interruption method. Nat Commun
※ The picture and content of this article are from the original paper.
All picture and figures used in this article are sourced from publicily available on the internet.
[논문 요약]
Rapid determination of solid-state diffusion coefficients in Li-based batteries via intermittent current interruption method
배터리의 Diffusion Coefficient를 구하기위해 일반적으로 많이 사용되는 기법은 GITT입니다. (하기 글 참고)
그런데 GITT는 실험시간이 너무 많이 필요하다는 한계점이 있었고, 그것을 해결하기 위한 방안으로 ICI라는 기법을 제안하는 연구입니다. 본 논문의 Abstract 처음부터 "GITT의 한계는 time-consuming이다"라고 시작합니다.
https://limitsinx.tistory.com/220
[JECST-2022] Principles and Applications of Galvanostatic Intermittent Titration Technique for Lithium-ion Batteries
논문 전문 : https://www.jecst.org/journal/view.php?number=409 [출처] Journal of Electrochemical Science and Technology 2022;13(1):19-31, Published online: October 18, 2021, DOI: https://doi.org/10.33961/jecst.2021.00836 ※ The picture and content of
limitsinx.tistory.com
Contents
Diffusion Coefficient의 유효성에 대해서는 저도 계속 고민해보고 있습니다.
전기화학모델 내부에는 수많은 파라미터들이 있지만, Diffusion Coefficient를 구하는것 자체가 유효한가에 대해서는 확신을 갖지 못했습니다. 물론 Fick's Law나 여러 법칙들과 연관되어있어 Diffusion Coefficient를 구하는게 의미가 없다고 할수는 없지만, Full Cell, Battery System입장에서 거시적으로 배터리를 해석할때도 정말 유의미한 결과를 도출해낼 수있는지는 의문입니다.
일단, 본 논문은 상기 그림이 알파이자 오메가입니다.
기존 GITT는 펄스 인가후 최소한 1시간 이상 Rest가 필요한데요, 본 ICI라는 기법을 통해 10초정도의 Rest만으로 GITT로 추정한 Diffusion Coefficient와 유사하게 그려보는게 목표입니다.
방법론적으로는 새롭진 않습니다. 10초 Rest한 데이터들에 대해서 시간대별로 기울기를 찾고, sqrt(time)과 △V사이의 상관관계를 구해서 저항 및 GITT가 추정한 값에 근접하도록 하는 방식입니다. 아무래도 Fresh한 배터리 상태에서는 이게 가능하겠지만, 온도 편차/열화 편차와 같은 융복합 현실 조건에서는 적용이 쉽지 않을것 같습니다. 특정 제약조건이 주어지면 적극적으로 도입해볼수 있을것 같습니다.
상기와 같이 GITT로 추정한 Diffusion Coefficient와 ICI로 추정한 결과를 비교하는데, 본 저자는 3.7V이상에서 추정하는것이 정합성이 높다고 합니다. EIS나 여러 자료들을 토대로 그 현상에 대한 원인 설명을 시도하지만, 제가 생각하기에는 ICI라는 기법이 SOC,전압별 OCV 변화량, 분극성분에 영향을 받지 않았나 예상됩니다.
제가 상기 염려했던 SOH에 대한 결과도 있는데요(다양한 열화조건이 고려되진 않은), c와d를 보면 Cycle증가에 따라 저항이 지수함수적으로 증가하고 (각각 충전시 /방전시) a와 b를 보면 비슷하거나 다소 낮아지는 경향이 있습니다. 그런데 y축을 보시면 단위가 나노 이하라서 너무나 Sensitive한 값임을 확인할 수 있습니다. 이것을 필드에서 어떻게 쓸 수 있을지는 고민이 필요할것 같습니다.
Results
Diffusion Coefficient라는 전기화학 파라미터에 대해 기존 기법대신 빠르게 추정할 수 있는 ICI라는 방법을 제안한 논문입니다. 상당히 재미있고 흥미로운 논문입니다. 다만, 대형셀에 적용했을때, Degaradation모드가 천차만별일때, 온도편차가있을때, ...와 같은 여러 양산 제약조건들을 같이 놓고 고민해보면 좋을 논문입니다.
참조
[1] Chien, YC., Liu, H., Menon, A.S. et al. Rapid determination of solid-state diffusion coefficients in Li-based batteries via intermittent current interruption method. Nat Commun
댓글