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固態(tài)電池被認為是目前潛力的研究方向，已成為目前研究熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)，但是固態(tài)所面臨的問(wèn)題界面問(wèn)題，材料穩定性，離子電導率等成為制約固態(tài)性能提升及商業(yè)化的巨大障礙。大量的研究人員專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)及改進(jìn)氧化物，硫化物, 聚合物和鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率。
電化學(xué)交流阻抗譜(EIS)被認為是目前測試各類(lèi)材料離子電導率最佳的技術(shù)手段。但準確測試固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率并非易事，為了理清這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，我們需要了解以下信息, 才能確保離子電導率測試準確可靠。
Fig 1. 固態(tài)電池中的界面及離子傳遞模型
Chem. Rev. 2020, 120, 14, 6878–6933
Fig 2. 固態(tài)材料中的離子界面過(guò)程等與電容的響應關(guān)系
Adv. Mater. 132-138, 2 (1990) No. 3
Fig 3. 固態(tài)材料的EIS響應曲線(xiàn)-理想模型
Fig 3.中各元素的含義
對應的擬合電路為(RbQb)(RgbQgb)Wel
R 是純電阻(Resistance)
Q 是常相位角元件(Constant Phase Element)
W 是Warburg 阻抗；
b 指電解質(zhì)晶粒體相(bulk)，
gb 指晶界(grain boundary)
el 指阻塞電極(electrode)
將Fig 2.中的對應的電容量級帶入下列數學(xué)計算公式，即可得到EIS響應曲線(xiàn)所需的頻率范圍，如10的-8次方，頻率約為10-100 MHz量級。
主要有以下原因：
固態(tài)電解質(zhì)的樣品前處理
固態(tài)電解質(zhì)夾具
設備與夾具的連接
設備的高頻響應能力
……
Fig 4. 典型的固態(tài)電解質(zhì)材料的EIS響應曲線(xiàn)
鋰離子固體電解質(zhì)研究中的電化學(xué)測試方法，儲能科學(xué)與技術(shù)
Energy Storage Materials 69 (2024) 103378
Fig 4.圖為常見(jiàn)的比較典型的固態(tài)電解質(zhì)EIS曲線(xiàn)：
Fig 4a為固態(tài)電解質(zhì)理論模型。
Fig 4b為實(shí)際測試合理結果，阻塞電極良好，受限于設備高頻能力，高頻半圓不完整。
Fig 4c為阻塞電極較差，阻塞電極與電解質(zhì)界面影響。
Fig 4d為阻塞電極良好，但受限于接線(xiàn)及設備高頻交流阻抗能力。
對于固態(tài)離子電導率的準確測試，并非易事，需要全面慎重考慮樣品制備，阻塞電極的設計，設備與阻塞電極的連接方式，交流阻抗設備(EIS)的高頻能力及可靠性等。雖然市面上能夠進(jìn)行阻抗測試的設備有非常多類(lèi)型，但能夠同時(shí)覆蓋高頻和低頻，并表現出優(yōu)異性能的設備，從硬件設計來(lái)說(shuō)依然面臨巨大挑戰。
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