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基于扩散时间分布的电化学阻抗成像

Electrochemical Impedance Imaging via the Distribution of Diffusion Times.

作者信息

Song Juhyun, Bazant Martin Z

机构信息

Department of Chemical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, USA.

出版信息

Phys Rev Lett. 2018 Mar 16;120(11):116001. doi: 10.1103/PhysRevLett.120.116001.

DOI:10.1103/PhysRevLett.120.116001
PMID:29601735
Abstract

We develop a mathematical framework to analyze electrochemical impedance spectra in terms of a distribution of diffusion times (DDT) for a parallel array of random finite-length Warburg (diffusion) or Gerischer (reaction-diffusion) circuit elements. A robust DDT inversion method is presented based on complex nonlinear least squares regression with Tikhonov regularization and illustrated for three cases of nanostructured electrodes for energy conversion: (i) a carbon nanotube supercapacitor, (ii) a silicon nanowire Li-ion battery, and (iii) a porous-carbon vanadium flow battery. The results demonstrate the feasibility of nondestructive "impedance imaging" to infer microstructural statistics of random, heterogeneous materials.

摘要

我们开发了一个数学框架,用于根据随机有限长度的Warburg(扩散)或Gerischer(反应扩散)电路元件的并联阵列的扩散时间分布(DDT)来分析电化学阻抗谱。提出了一种基于带Tikhonov正则化的复非线性最小二乘回归的稳健DDT反演方法,并针对三种用于能量转换的纳米结构电极情况进行了说明:(i)碳纳米管超级电容器,(ii)硅纳米线锂离子电池,以及(iii)多孔碳钒液流电池。结果证明了无损“阻抗成像”以推断随机、异质材料的微观结构统计信息的可行性。

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