Phương pháp kiểm tra điện trở của tấm điện cực Yêu cầu-Đầu dò đơn & Hai đầu dò & Bốn đầu dò

Điện cực là một liên kết quan trọng trong quá trình sản xuất pin, hiệu suất của điện cực ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định của quy trình cũng như hiệu suất và độ an toàn của tế bào, do đó, việc đánh giá hiệu suất của cực, bao gồm điện trở của điện cực là một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu suất của điện cực, chiếm một vị trí không thể thay thế trong việc phát triển và sản xuất pin. Các phương pháp phổ biến để đánh giá điện trở cực bao gồm phương pháp một đầu dò, phương pháp hai đầu dò, phương pháp bốn đầu dò và phương pháp nhiều đầu dò, v.v. Phương pháp một đầu dò đặt một đầu của thiết bị đầu cuối và đầu kia kết nối mẫu để kiểm tra điện trở, hai đầu phương pháp đầu dò kiểm tra thiết bị đầu cuối trên mẫu và phương pháp bốn đầu dò đặt bốn đầu dò trên bề mặt mẫu.

1. Thiết bị thí nghiệm và phương pháp thí nghiệm

1.1 Thiết bị thí nghiệm: thiết bị đầu dò đơn, như trong Hình 1 (a) và thiết bị cho hai đầu dò như trong Hình 1 (b).

Hình 1. (a) Thiết bị của phương pháp một đầu dò (b) Sơ đồ cấu trúc của phương pháp hai đầu dò

1.2 Phương pháp kiểm tra: phương pháp đầu dò đơn giữ điện trở và thiết bị đầu cuối khác di chuyển điện trở mẫu; Thiết bị đầu dò đơn áp suất có thể điều khiển giữ một đầu trên thiết bị áp suất có thể điều khiển và đầu còn lại đặt cường độ áp suất thử nghiệm và thời gian lưu trên phần mềm M RMS và phần mềm sẽ tự động đọc dữ liệu về độ dày, điện trở, điện trở suất và độ dẫn điện của điện cực .

2. Phân tích dữ liệu

2.1 So sánh điện trở của Kiểm tra áp suất đầu dò đơn và Kiểm tra áp suất không kiểm soát

Lấy lá nhôm, lá đồng, tấm dương, tấm âm bằng hai thiết bị thăm dò đơn khác nhau kiểm tra 10 bộ dữ liệu, có thể thấy từ hình, phương pháp thăm dò đơn đơn giản cho dù thử nghiệm lá hay điện trở cực, giá trị COV lớn hơn giá trị áp suất có thể kiểm soát, tối đa hơn 60%, độ biến động của điện trở thử nghiệm lớn, điều này là do đầu dò đơn của thiết bị đơn giản không thể cố định áp suất, điện trở tiếp xúc của mỗi thử nghiệm là khác nhau, do đó sai số thử nghiệm lớn hơn thiết bị áp suất được kiểm soát.

Hình 2. (a) Điều khiển áp suất lá đầu dò đơn và độ tương phản điện trở áp điện không được kiểm soát (b) Điều khiển áp suất chip cực đầu dò đơn và độ tương phản điện trở áp điện không được kiểm soát

2.2 Phân tích so sánh điện trở suất của các mẫu thử bằng phương pháp một đầu dò, phương pháp hai đầu dò và phương pháp bốn đầu dò của áp suất điều khiển được

Lá nhôm, lá đồng, tấm dương, tấm âm tương ứng với ba phương pháp thử khác nhau để kiểm tra 10 bộ dữ liệu, như có thể thấy trong hình, đối với lá, so sánh điện trở suất: phương pháp thăm dò đơn>hai phương pháp thăm dò>phương pháp bốn đầu dò, cũng đối với điện trở suất của tấm cực, xu hướng cũng là phương pháp một đầu dò>hai phương pháp thăm dò>bốn phương pháp thăm dò.

Hình 4. (a) So sánh các phương pháp thử nghiệm khác nhau-biểu đồ điện trở suất của lá (b) So sánh các phương pháp thử nghiệm khác nhau-điện trở suất của tấm cực

Sự khác biệt về điện trở suất đo được bằng ba phương pháp thử nghiệm đã được phân tích, có thể là điện trở tiếp xúc giữa đầu dò và bề mặt điện cực khác nhau với các phương pháp khác nhau và đường dẫn điện tử không phù hợp với các phương pháp thử nghiệm khác nhau. Phương pháp thăm dò đơn của đường truyền điện tử qua lớp phủ đến giao diện chất lỏng và lớp phủ, sau đó đến chất lỏng, sau đó qua chất lỏng bên đến đầu kia của điện cực thử nghiệm, do đó, nhiều hơn hai đầu dò truyền điện tử chất lỏng bên, và thử nghiệm bốn đầu dò, điện cực dòng điện và điện áp riêng biệt, loại bỏ trở kháng điện trở tiếp xúc của dây và đầu dò, do đó giá trị tuyệt đối của điện trở suất đo được là giá trị nhỏ nhất.

Hình 5. Sơ đồ của ba Biện pháp

3. Phân tích nguyên tắc thử nghiệm

Hình 6. Sơ đồ thử nghiệm phương pháp bốn đầu dò

Hình 6 trình bày sơ đồ về điện trở thử nghiệm bằng phương pháp bốn đầu dò, giả sử rằng điện trở tiếp xúc của hệ thống dây dẫn bốn đầu và đầu dò lần lượt là Rc1, Rc2, Rc3 và Rc4; nguồn dòng điện không đổi áp dụng dòng điện Is (chỉ số ampe kế) cho mẫu thông qua các cực # 1 và 4 #. Nếu điện trở trong vôn kế là Rg, thì dòng điện nhánh của vôn kế là Ig và số đọc điện áp của vôn kế là Vg= Rg * Ig; điện trở đo được giữa các cực 2 # và 3 # là Rs, sau đó dòng nhánh điện trở đo được là Is-I g và điện áp của điện trở đo được là V s; sau đó:

Tính bằng vôn kế, hiệu điện thế giữa hai đầu 2# và 3# là:

Được tính toán bởi nhánh điện trở cần đo, điện áp giữa các cực 2 # và 3 # cũng có thể được biểu thị bằng:

Tại thời điểm này, nếu có Rg + Rc2 + Rc3>>Rs, sau đó là>>Ig, sau đó là Is-Ig

Nếu Rg>>Rc2 + Rc3, có V s Ig * Rg=V g

Khi đó, điện trở là R =Vg / Is V s / (Is-Ig) =Rs được tính toán từ chỉ số dòng điện và vôn kế

Do đó, điện trở được tính theo chỉ số dòng điện và vôn kế gần như bằng giá trị điện trở đo được thực tế, tương đương với việc kiểm tra giá trị điện trở tuyệt đối của mẫu cần kiểm tra. Điện trở suất của vật liệu sau đó được tính toán dựa trên thông số kích thước của đầu dò và kích thước mẫu thử nghiệm.

Tóm lại, các điện cực dòng điện và điện áp riêng biệt được sử dụng trong phương pháp bốn đầu dò loại bỏ trở kháng của hệ thống dây điện và điện trở tiếp xúc của đầu dò. Điều quan trọng là điện trở trong vôn kế đủ lớn, để có thể bỏ qua dòng nhánh và độ sụt áp của đầu tiếp xúc đường dây. Hai đầu dò để phát hiện điện áp phải được tách ra khỏi hai đầu dò nguồn hiện tại. Đối với kết nối giữa hai đầu dò để phát hiện điện áp, tất cả điện trở vòng lặp chính giữa hai điểm sẽ được tính vào điện trở đo được. Tuy nhiên, nếu điện trở của mẫu được kiểm tra rất lớn, có thể khó đảm bảo rằng điện trở trong vôn kế lớn hơn nhiều so với mẫu được kiểm tra, và đó là Rg + Rc2 + Rc3>>Rs có thể không đúng và kết quả đo có thể có sai số lớn. 

Do đó, phương pháp bốn đầu dò thường được sử dụng để xác định giá trị tuyệt đối của độ dẫn điện tử của tấm điện cực pin vì nó loại bỏ điện trở tiếp xúc giữa đầu dò và mẫu (tấm nén hoặc lớp phủ). Hầu hết các phương pháp bốn đầu dò chọn cách phủ bùn của vật liệu điện cực bằng một lớp mỏng hoặc độ dày thích hợp trên đế cách điện, thay vì vật liệu thu chất lỏng như lá nhôm. Lớp phủ này trên đế cách điện được thiết kế để tránh các nhánh theo hướng của đế, do đó kiểm tra chính xác điện trở của vật liệu điện cực. Nếu chất nền là chất thu gom chất lỏng, điện trở của lớp phủ, bằng cách điều chỉnh khoảng cách đầu dò. Tuy nhiên, lớp phủ điện cực trong ứng dụng pin thực tế tương đối dày (60~150 m), và phương pháp bốn đầu dò chỉ thu được một phần đóng góp điện trở của lớp phủ, trong khi bỏ qua độ dốc của lớp phủ của điện cực và không thể biểu thị toàn diện giá trị điện trở của điện cực. Ngoài ra, hướng truyền dòng điện song song với lớp phủ, khác với hướng truyền dòng điện của lớp phủ dọc trong pin thực tế, và điện trở giao diện của chất nền và lớp phủ cũng bị bỏ qua, thay vì tình hình thực tế của tấm cực.

Và phương pháp hai đầu dò vì kết quả kiểm tra bao gồm đầu dò, điện trở tiếp xúc của đầu dò và lớp phủ nên không thể đo giá trị tuyệt đối của điện trở suất điện cực, và áp suất tải và các thông số kiểm tra dòng điện ảnh hưởng đến kết quả, đối với điện trở dương của điện cực dương cao, dòng tải nhỏ có thể thu được kết quả ổn định, và đối với điện trở than chì hoặc lá kim loại có điện trở thấp, dòng tải tương đối cao để thu được kết quả ổn định. Nếu áp suất tải tăng và điện trở suất của lá kim loại hoặc điện cực giảm, kết quả thử nghiệm có thể không phụ thuộc vào áp suất. Tuy nhiên, nó có một số ưu điểm: đường dẫn điện tử của quy trình thử nghiệm về cơ bản giống như trong ứng dụng pin thực tế. Tổng giá trị thử nghiệm bao gồm các đặc tính dẫn điện tử của bộ thu chất lỏng,

4. Tóm tắt

Bằng cách khám phá sự khác biệt về điện trở của phương pháp kiểm soát áp suất đầu dò đơn và các mẫu thử nghiệm áp suất không được kiểm soát, người ta thấy rằng áp suất có tác động đáng kể đến độ ổn định của dữ liệu điện trở, vì vậy người thử nghiệm phải chú ý đến kích thước và ổn định của áp suất thử. So sánh ba nguyên tắc của phương pháp thử nghiệm để kiểm tra sự khác biệt của điện trở suất mẫu, thấy rằng chênh lệch điện trở tuyệt đối đo được lớn hơn, từ ứng dụng của cực thực tế và sự tiện lợi của thao tác thử nghiệm, đề nghị chọn hai đầu dò trên và dưới để kiểm tra điện trở xuyên thấu của điện cực, có thể nghiên cứu nhanh công thức, quy trình tính điện trở suất.