Il supporto per celle Metrohm Autolab DuoCoin, mostrato in Figura 1, è stato sviluppato per eseguire esperimenti elettrochimici su batterie a bottone.
Il DuoCoin Cell Holder può ospitare fino a due celle a bottone, ciascuna con uno spessore massimo di 3,2 mm e un diametro massimo di 24 mm. Le dimensioni tipiche delle celle a bottone che possono essere ospitate nel supporto per celle DuoCoin sono CR2016, CR2020, CR2025, CR2032, CR2325 e CR2330. Ciascun connettore del supporto per celle DuoCoin è collegato direttamente alla batteria. Pertanto, i conduttori che rilevano il potenziale sono separati dai conduttori che trasportano la corrente, determinando una caduta di tensione ridotta al minimo a causa dell'impedenza dei fili.
In questa Application Note, la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) viene utilizzata per testare una batteria commerciale. A titolo di confronto, i risultati della configurazione a quattro elettrodi vengono confrontati con i risultati della configurazione a due elettrodi, in cui i conduttori RE e CE sono collegati insieme, nonché i conduttori WE e S.
La differenza nel modo in cui i cavi sono collegati si traduce in diversi valori di impedenza misurata.
Per le misure EIS viene utilizzato un Metrohm Autolab PGSTAT204 dotato di modulo FRA32M (figura 2).
La batteria utilizzata per gli esperimenti è una ricaricabile agli ioni di litio, Panasonic VL2330, con 30 mAh di capacità nominale e una tensione nominale di 3 V.
Le misurazioni potenziostatiche EIS vengono eseguite a potenziale di circuito aperto (OCP), tra 10 kHz e 100 mHz, ampiezza 10 mV, con una frequenza di 10 frequenze per decade.
Nella Figura 3 il diagramma di misura di Nyquist eseguito con la configurazione a quattro elettrodi (punti rossi) viene confrontato con i risultati ottenuti con la configurazione a due elettrodi (punti blu e rossi).
Per quanto riguarda la configurazione a due elettrodi, la misurazione EIS viene eseguita collegando insieme i conduttori WE e S e insieme i conduttori CE e RE, avendo quindi i conduttori RE e S più vicini alla batteria (punti blu). Un'altra misurazione è stata eseguita con i collegamenti dei cavi invertiti, quindi collegando i cavi S e WE insieme e i cavi RE e CE insieme, avendo i cavi WE e CE più vicini alla batteria (punti verdi).
Sebbene non vi siano differenze apprezzabili tra le configurazioni a due conduttori, il grafico di Nyquist corrispondente alla configurazione a quattro terminali viene spostato verso valori di impedenza inferiori, rispetto ai grafici di Nyquist risultanti dalla configurazione a due terminali. Nella Figura 4, l'ingrandimento alle alte frequenze di Figura 3 mostra una differenza di impedenza di circa 170 mΩ.
Tuttavia, la differenza è più evidente alle basse frequenze, come mostrato in Figura 5, dove la differenza di impedenza tra la configurazione a quattro terminali e quella a due terminali alla fine del semicerchio è di circa 2 Ω.
Infine, vale la pena notare che l'uso della configurazione di rilevamento a quattro terminali è importante solo quando si studiano dispositivi a bassa impedenza, come le batterie, poiché il contributo dei fili all'impedenza complessiva è basso.
Viene presentato il prodotto DuoCoin Cell Holder. Vengono eseguite misure EIS su una batteria a bottone commerciale. Vengono evidenziate le differenze di impedenza tra la configurazione a quattro terminali e la configurazione a due terminali, mettendo in evidenza l'importanza di avere una configurazione diretta a quattro terminali, quando si studiano i DUT a bassa impedenza.
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