Rapporto di analisi EIS sulle batterie

Valutazione comparativa delle cellule Te**ell mediante spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS).

La spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) è una tecnica non invasiva per la caratterizzazione delle proprietà elettriche di celle e moduli batteria.

Misurando l’impedenza complessa su un’ampia gamma di frequenze è possibile separare fenomeni resistivi, capacitivi e diffusivi e stimare parametri come la resistenza interna, la resistenza di trasferimento di carica e i processi diffusivi.

I dati utilizzati per questa analisi sono stati raccolti utilizzando l’analizzatore Hioki IM3590 su batterie primarie agli ioni di litio marca TE**ELL usate fornite dei clienti, pertanto non era nota la condizione reale delle batteria considerata buona, mentre era certo che la batteria considerata cattiva fosse stata utilizzata.
Per questo motivo questa relazione non vuole fornire un parametro qualitativo delle celle ma solo illustrare un metodo di analisi comparativa.

Leggi anche: Spettroscopia di Impendenza Elettrochimica (EIS)

per l’analisi delle batterie agli ioni di Litio

Prodotti in evidenza

HIOKI IM3590 - Chemical Impendance Analyzer

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Metodologia:

Dati Forniti:

due file CSV con misure EIS (Tekcell_good_300mV.csv e Tekcell_bad_300mV.csv). Ogni file contiene le colonne: No., FREQUENCY[Hz], RS[ohm], X[ohm] (real/imag dell’impedenza).

Analisi eseguite:

– Calcolo dell’impedenza complessa Z = RS + j·X;
– Grafici: Nyquist (Z’ vs -Z”), Bode (magnitudine e fase);
– Estratti parametrici semplificati: intercetta ad alta frequenza (R_high), intercetta a bassa frequenza (R_low) e stima della resistenza di trasferimento carica R_ct = R_low – R_high.

Nota: per analisi avanzate si possono utilizzare fitting con circuiti equivalenti tramite piattaforme come CircuitFitting

Risultati grafici e dati

Metriche estratte (valori caratteristici)

Cella	R_high (Ω)	R_low (Ω)	R_ct (Ω)	f range (Hz)	Z\| max (Ω)
Good	0.4479	2.9411	2.4931	3 – 194510	2.9665
Bad	1.3754	21.9582	20.5828	3 – 194510	29.1573

Conclusioni e raccomandazioni:

Dall’analisi comparativa si osserva che la cella etichettata come ‘Good’ presenta un valore di resistenza reale (RS) ad alta frequenza significativamente inferiore rispetto alla cella ‘Bad’ (circa 0.448 Ω vs 1.375 Ω), indicando una minore resistenza interna e migliore conduttività. La stima approssimativa della resistenza di trasferimento di carica (R_ct) è anch’essa più bassa per la cella Good.

Alcune osservazioni sull’impostazione delle misure

L’EIS si basa sulla linearizzazione della risposta del sistema: si applica un piccolo segnale sinusoidale di tensione (o corrente) e si misura la risposta in fase e ampiezza.

Se la perturbazione è piccola, il sistema può essere descritto da un circuito equivalente lineare, e l’impedenza calcolata riflette fedelmente le proprietà fisiche (resistenze, capacità, diffusione).

Quando la tensione di stimolo è troppo elevata (es. 500 mV o più):

– si esce dal regime lineare,

– si innescano reazioni faradiche non lineari, polarizzazione, o sovratensioni di trasferimento di carica,

– la corrente non è più proporzionale al segnale applicato, e quindi i dati diventano distorti o non interpretabili con modelli lineari di impedenza.

Viceversa, con tensioni piccole (10–100 mV):

– il sistema resta vicino al punto di equilibrio,

– le reazioni elettrochimiche restano reversibili e proporzionali,

– si ottiene una risposta più stabile e ripetibile.

In modalità corrente, l’EIS applica una piccola corrente alternata I_ace misura la tensione risultante V_ac.

L’obiettivo è lo stesso: ottenere una risposta lineare tra corrente e tensione, così che l’impedenza Z=V/Idescriva correttamente il comportamento elettrochimico.

Per mantenere il regime lineare, l’ampiezza della corrente deve produrre una variazione di tensione comparabile a quella tipica del regime lineare in modalità tensione, cioè circa 10–100 mV RMS sulla cella.