固態(tài)電池被認(rèn)為是目前最具潛力的研究方向，已成為目前研究熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)，但是固態(tài)所面臨的問題界面問題，材料穩(wěn)定性，離子電導(dǎo)率等成為制約固態(tài)性能提升及商業(yè)化的巨大障礙。大量的研究人員專注于開發(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(dǎo)率。
電化學(xué)交流阻抗譜(EIS)被認(rèn)為是目前測(cè)試各類材料離子電導(dǎo)率最佳的技術(shù)手段。但準(zhǔn)確測(cè)試固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率并非易事，為了理清這個(gè)關(guān)鍵問題，我們需要了解以下信息, 才能確保離子電導(dǎo)率測(cè)試準(zhǔn)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程等與電容的響應(yīng)關(guān)系
Adv. Mater. 132-138, 2 (1990) No. 3
Fig 3. 固態(tài)材料的EIS響應(yīng)曲線-理想模型
Fig 3.中各元素的含義
對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的電容量級(jí)帶入下列數(shù)學(xué)計(jì)算公式，即可得到EIS響應(yīng)曲線所需的頻率范圍，如10的-8次方，頻率約為10-100 MHz量級(jí)。
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(shè)備與夾具的連接
設(shè)備的高頻響應(yīng)能力
……
Fig 4. 典型的固態(tài)電解質(zhì)材料的EIS響應(yīng)曲線
鋰離子固體電解質(zhì)研究中的電化學(xué)測(cè)試方法，儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)
Energy Storage Materials 69 (2024) 103378
Fig 4.圖為常見的比較典型的固態(tài)電解質(zhì)EIS曲線：
Fig 4a為固態(tài)電解質(zhì)理論模型。
Fig 4b為實(shí)際測(cè)試合理結(jié)果，阻塞電極良好，受限于設(shè)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，但受限于接線及設(shè)備高頻交流阻抗能力。
對(duì)于固態(tài)離子電導(dǎo)率的準(zhǔn)確測(cè)試，并非易事，需要全面慎重考慮樣品制備，阻塞電極的設(shè)計(jì)，設(shè)備與阻塞電極的連接方式，交流阻抗設(shè)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(cè)試的設(shè)備有非常多類型，但能夠同時(shí)覆蓋高頻和低頻，并表現(xiàn)出優(yōu)異性能的設(shè)備，從硬件設(shè)計(jì)來說依然面臨巨大挑戰(zhàn)。
輸力強(qiáng) 1260A 頻率高達(dá)32MHz
參考文獻(xiàn)
1.Energy Storage Materials 69 (2024) 103378 https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103378
2.鋰離子固體電解質(zhì)研究中的電化學(xué)測(cè)試方法，《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》 2020年02期
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普林斯頓輸力強(qiáng)是阿美特克集團(tuán)在美國(guó)生產(chǎn)科學(xué)儀器的子公司–阿美特克科學(xué)儀器部，旗下?lián)碛蠵rinceton Applied Research(PAR)普林斯頓應(yīng)用研究，Solartron Analytical輸力強(qiáng)分析，Signal Recovery三個(gè)品牌。
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