1. 介紹
EIS實(shí)驗(yàn)有時(shí)需要測(cè)試很長(zhǎng)一段時(shí)間，特別是在測(cè)量低頻率段時(shí)。這會(huì)引起一個(gè)很重要的問(wèn)題-電化學(xué)系統(tǒng)隨著時(shí)間而變化。
為了解決這一問(wèn)題，我們可以使用multisine技術(shù)eis測(cè)量模式。相對(duì)于single sine模式，multisine模式將不同頻率的波形在同一時(shí)間疊加輸出。
Multisine測(cè)量定義為由不同頻率的相同振幅A及不同相角φ正弦波總和u（t）。
為了減少峰值因子EC-Lab軟件中將Multisine EIS測(cè)量定義為：
2. 實(shí)驗(yàn)部分
我們對(duì)一個(gè)鋰離子電池（ANR26650,A123）分別進(jìn)行single sine和multisine的電化學(xué)交流阻抗譜圖測(cè)量。這個(gè)2.3Ah的鋰離子電池使用納米磷酸鐵鋰作為正極，測(cè)量技術(shù)為PEIS。所有測(cè)試的直流偏置電壓均為0V vs. OCP，約為3.31V。
交流阻抗頻率測(cè)量范圍為200kHz至10mHz。測(cè)量軟件為EC-Lab軟件，儀器配置8A booster。Multisine測(cè)量模式僅在頻率低于1Hz時(shí)起作用。其他參數(shù)設(shè)置為，正弦波振幅Va=10mV，平均數(shù)Na=5，等待時(shí)間Pw=0.5，漂移校正drift correction打開(kāi)。
在此測(cè)試中，Single sine及multisine模式的設(shè)置參數(shù)是完全一樣的，multisine設(shè)置請(qǐng)參考圖Figure.1。
3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)得到的交流阻抗譜圖請(qǐng)見(jiàn)圖Figure.2。全頻率段的交流阻抗譜圖為Figure.2上圖。Single sine及multisine模式疊加于同一個(gè)譜圖中。Figure.2中圖為Single sine及multisine模式疊加譜圖的高頻率段。Figure.2下圖為Single sine及multisine模式疊加譜圖的低頻率段。
Figure.2 鋰離子電池single sine及multisine eis測(cè)量模式對(duì)比，紅線為single sine數(shù)據(jù)曲線，藍(lán)線為multisine數(shù)據(jù)曲線。
圖Figure.3為鋰離子電池交流阻抗譜圖single sine及multisine測(cè)量模式的實(shí)驗(yàn)時(shí)間對(duì)比。Single sine用時(shí)20分38秒，multisine模式則僅用時(shí)5分22秒。Multisine測(cè)量模式可以明顯的看出比single sine模式快約4倍。Multisine eis測(cè)量模式測(cè)試非常快速，能大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，是一個(gè)避免某些電化學(xué)系統(tǒng)隨時(shí)間變化漂移的交流阻抗測(cè)量好方法。
4. 總結(jié)
Multisine eis測(cè)量模式測(cè)試是一個(gè)避免某些電化學(xué)系統(tǒng)隨時(shí)間變化漂移的交流阻抗測(cè)量好方法。取決與測(cè)量體系，multisine eis測(cè)量模式可以在保證與single sine模式同樣精度的情況下，比原先的測(cè)量速度快3至4倍。
盡管如此，用戶(hù)還需細(xì)心的調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)條件。Multisine eis測(cè)量模式的激勵(lì)在原理上是按所有頻率定義的，因此在各個(gè)頻率上，其激勵(lì)是不如single sine模式穩(wěn)定的，這樣會(huì)導(dǎo)致一定的噪聲影響。盡管如此，提高激勵(lì)亦會(huì)帶來(lái)EIS測(cè)量非線性條件的問(wèn)題，從而影響EIS交流阻抗的測(cè)量結(jié)果。
參考文章：
1) E. Van Gheem, J. Vereecken, J. Schoukens, R. Pintelon, P. Guillaume, P. Verboven and L. Pauwels, Electrochim. Acta 49 (2004) 2919.
2) E. Van der Ouderaa, J. Schoukens, J. Renneboog, IEEE Trans. Instrum. Meas. 37(1)
(1988) 145.
3) R. Pintelon and J. Schoukens, System identification, IEEE Press, (2001).
4) M. R. Schroeder, R. Pintelon, Y. Rolain, IEEE Trans. Instrum. Meas. IM-49 (2000) 275.
5) Application note #9 “Linear vs. non linear systems in impedance measurement”
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