Simulation of Ni-MH Batteries via an Equivalent Circuit Model for Energy Storage Applications

Abstract

Impedance measurement was conducted at the entire cell level for studying of the Ni-MH rechargeable batteries. An improved equivalent circuit model considering diffusion process is proposed for simulation of battery impedance data at different charge input levels. The cell capacity decay was diagnosed by analyzing the ohmic resistance, activation resistance, and mass transfer resistance of the Ni-MH cells with degraded capacity. The capacity deterioration of this type, Ni-MH cell, is considered in relation to the change of activation resistance of the nickel positive electrodes. Based on the report and surface analysis obtained from the energy dispersive X-ray spectroscopy, the composition formula of metal-hydride electrodes can be closely documented as the AB5 type alloy and the “A” elements are recognized as lanthanum (La) and cerium (Ce). The capacity decay of the Ni-MH cell is potentially initiated due to starved electrolyte for the electrochemical reaction of active materials inside the Ni-MH battery, and the discharge product of Ni(OH)2 at low state-of-charge level is anticipated to have more impeding effects on electrode kinetic process for higher power output and efficient energy delivery.

18650 lityum-iyon ve 6HR61 nikel-metal hidrit tekrar şarj edilebilir pillerinin elektrokimyasal empedans analizi

“…Günümüzde batarya paketlerinde gerçekleşen süreçlerin tam olarak anlaşılabilmesi, geliştirilmesi ve güvenliği açısından oldukça büyük bir öneme sahip olup bu alandaki çalışmalar dünyada ve Türkiye'de giderek yoğunlaşmaktadır [22]. Ne var ki, yük durumundaki ölçüm zorlukları ile elektrokimyasal prosesler ve fiziksel parametrelerle ilgili verilerin yorumlanmasındaki güçlükler pratik alanlardaki uygulamaları kısıtlamaktadır [19]. Son yıllarda bu kapsamda karşılaşılan güçlükleri aşabilmek için kullanılan tekniklerden biri olarak elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) tekniği karşımıza çıkmaktadır [22].…”

“…Son yıllarda bu kapsamda karşılaşılan güçlükleri aşabilmek için kullanılan tekniklerden biri olarak elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) tekniği karşımıza çıkmaktadır [22]. EIS, bataryanın hem doğal ortamında değerlendirilmesini sağlayan hem de yük durumlarındaki dinamik cevaba ulaşarak tahrip edici etkileri olmayan hızlı ve geçerli bir yöntemdir [19]. EIS yöntemi ile elektrokimyasal bir sisteme ait cevabın küçük sinyal etkileri ile incelenmesi mümkün olup sistemin herhangi bir noktasının dahi tanımlanabilmesi ve analiz edilebilmesinin mümkün olduğu oldukça etkili bir tekniktir [21].…”

“…Eğer EIS ölçümü sırasında uygulanan giriş sinyali akım ise galvanostatik analiz gerçekleştirilmiş olurken giriş sinyalinin potansiyel olması durumunda potansiyostatik analiz yapılmış olacaktır. Buradan da empedans değeri test edilen her bir frekanstaki potansiyel ve akımın oranı ile hesaplanan bir transfer fonksiyonudur [19].…”

“…Böylece empedans verilerinin yorumlanabilmesinin önü de açılmıştır. Ayrıca, modele dayalı empedans analizi ile farklı pil koşullarında batarya performansının ve pil kapasitesinin azalmasına neden olan mekanizmaların daha iyi anlaşılması amaçlanmaktadır [13,18,19]. Bununla birlikte bir eşdeğer devre modelinin tanımlanması şarj/deşarj süreçleri boyunca bataryada meydana gelen fiziksel olayları anlamak ve fayda durumunu değerlendirmek için kullanılacak yöntemlerin belirlenmesi için de önem taşımaktadır [21].…”

“…Bununla birlikte bir eşdeğer devre modelinin tanımlanması şarj/deşarj süreçleri boyunca bataryada meydana gelen fiziksel olayları anlamak ve fayda durumunu değerlendirmek için kullanılacak yöntemlerin belirlenmesi için de önem taşımaktadır [21]. [19].…”