Электроды МР-3 (СЗСМ), d=5,0 – Торговый дом “Пегас”
|
ГОСТ 9466-75 ГОСТ 9467-75 ТУ 1272-001-50133500-2009 ОСТ 5.9224-75 |
ISO 2560 E 43 1 R26 AWS А5.1 E6012 |
Э46-МР-3-Ø-УД Е431-Р26 |
ОСНОВНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ МР-3
Электроды марки МР-3 предназначены для сварки углеродистых сталей типа ВСт3сп, БСт3сп и других, во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз, переменным или постоянным током обратной полярности, с напряжением холостого хода источника тока 65 В.
Особые свойства: допускают сварку влажного, ржавого, плохо очищенного от окислов и других загрязнений металла. Имеют повышенную производительность процесса сварки.
Рекомендуемое значение тока (А)
|
Диаметр, мм |
Положение шва |
||
|
нижнее |
вертикальное |
потолочное |
|
|
2.5 |
70-100 |
60-90 |
60-90 |
|
3. |
70-100 |
80-100 |
80-100 |
|
4.0 |
90-140 |
140-170 |
140-170 |
|
5.0 |
170-210 |
150-170 |
– |
|
|
220-280 |
– |
– |
0ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ Э46 МР-3
|
Коэффициент наплавки, г/Ач |
8,5 |
|
Расход электродов на 1кг наплавленного металла, кг |
1,7 |
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛА ШВА И НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
Механические свойства металла шва, не менее
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА, %
|
Массовая доля элементов, % |
||||
|
углерод |
марганец |
кремний |
сера |
фосфор |
|
не более |
||||
|
0,09-0,12 |
0,5-0,8 |
≤ 0,15 |
0,035 |
0,035 |
Технологические особенности сварки: сварка возможна короткой и средней дугой, хорошо перекрывают зазоры.
Прокалка перед сваркой: 160±10 0С, 1 час.
Различия между электродами MP-3C и МР-3: сравнение, характеристика, применение
Известные электроды марки MP-3 практичны, подходят для мастеров разного опыта работы. Ими пользуются повсеместно на фабриках, в гараже или дома.
Но также существует другая марка электродов. Которые не замечают новые мастера. Это марка MP-3C.
Их можно использовать для сварки с применением маломощного инвертора. В этой статье расскажем о различиях 3C и 3, выясним какие из них лучше.
Содержание статьиПоказать
Описание
Благодаря комбинированному рутило-целлюлозному покрытию марки MP-3C, она предназначена для ручной дуговой сварки стальных низколегированных углеродных установок.
Также их можно применять для сварки в любом положении, кроме вертикального. Можно настраивать любую полярность и варить на переменном или постоянном токе.
В состав этой модели входит проволока типа CB-08. В процессе сварки длина дуги может получиться короткая или средняя. У опытных мастеров, при необходимости, может выйти длинная дуга.
Которая горит стабильно, не «гуляет». Швы после работы получаются аккуратными и красивыми. Также легко отслаивается шлак.
Опытные мастера тоже могут использовать электроды MP-3C. Так как они хорошо справляются при сварке на неповоротных стыках труб, а прихваты делать очень комфортно.
Потребности чистить металл перед сваркой нет. Можно варить сверху ржавчины и загрязнений на поверхности заготовки, если не получается её убрать.
Можно не напрягаться с поджиганием или ведением дуги. Электроды MP-3C поджигаются без проблем, даже если это нужно сделать ещё раз. Однако, советуют их прокалывать при домашнем использовании.
Отличие от MP-3
Состав и характеристика 3C и 3 очень идентичны. Исключение составляет одна особенность. Благодаря ряду добавок, дуга у марки 3C поджигается легче, при использовании маломощного бытового сварочного инвестора, горит постоянно.
Количества выделяемого марганца при работе намного меньше, чем с MP-3. Также швы выходят намного однороднее, проще в формировании.
Вывод: Электроды марки MP-3 более практичны. Подойдут для профессиональной и любительской деятельности. MP-3C предназначены для домашней работы мастеров – любителей.
Хранение
Чтобы качество швов оставалось высоким, а срок годности стержней не ухудшался, нужно придерживаться правил правильного хранения.
Первое правило – держать электроды нужно в теплом и сухом месте. Оставлять стержни в гараже на зимний период не советуется. Из-за этого при работе могут возникать дефектные швы.
Чтобы решить эту проблему, можно, при возможности, забирать пачку электродов домой.
Или установить термометр и прибор для отслеживания влажности. Следить, чтобы не было больших перепадов показателей на приборах.
Покрытие впитывает влагу, что может их испортить. Частично эту проблему можно решить прокалкой. Но эффективнее будет просто придерживаться оптимального показателя влажности.
Для хранения стержней отлично подойдет картонная коробка или специальный пластиковый тубус. На пол mp-3 или землю их лучше не ставить.
Рекомендуется сделать из труб пвх тубус, который также подойдет для хранения сварочных стержней. Этот метод и экономный, и практичный. Подойдет для дачи, квартиры или гаража.
Эпилог
Марка 3C отлично подойдет для сварки дома. Качество, при сварке в маломощном инверторе, не теряется. Более того, с MP-3C проще работать.
Использование электродов 3C подойдет для более опытных мастеров. Которые ценят универсальность.
Однако встретить их можно как у профессионалов, так и у новичков. В продаже их найти легче, хоть стоимость этих двух моделей идентична.
Электроды МР-3 ГОСТ 9466-75, 9467-75
«Сибмашкрепеж» продает электроды МР-3 для сварки углеродистой стали. Они подходят для работы с источниками постоянного или переменного тока. Используются при сварке металла, в котором содержание углерода не превышает 0,25 %. При этом временное сопротивление стали не должно превышать 50 кгс/мм2. На сайте можно купить такую продукцию оптом и в розницу по выгодной цене.
Цены
| Диаметр, мм | Цена за 1 кг | ||
| до 1 т | от 1 т | от 5 т | |
| 3,0 | 90,20 руб | 85,90 руб | 81,80 руб |
| 4,0 | 88,70 руб | 84,50 руб | 80,50 руб |
| 5,0 | 88,70 руб | 84,50 руб | 80,50 руб |
Характеристики
| Диаметр, мм | Положение шва | Среднее количество электродов в 1 кг, штук | ||
| нижнее | вертикальное | потолочное | ||
| 2,5 | 70-90 | 60-100 | 60-100 | – |
| 3 | 90-140 | 80-100 | 80-100 | 83 |
| 4 | 160-220 | 140-180 | 140-180 | 41 |
| 5 | 170-260 | 160-200 | — | 54 |
| 6 | 220-290 | — | — | – |
Технологические характеристики электродов МР-3
- Длина составляет 300 – 450 мм, вес — 30, 60 и 95 г.
- Коэффициент наплавки равняется 8,5 г/Ач.
- Имеют рутиловое покрытие, которое изготавливается из двуокиси титана. При горении не выделяют вредные вещества, поэтому безопасны в эксплуатации.
- Используются для коротких швов или работы в неудобных местах.
- Не требуют предварительной подготовки свариваемых поверхностей — перед работой их не нужно зачищать от ржавчины, грязи, окислов. Могут применяться при сварке влажных деталей.
- Характеризуются незначительным разбрызгиванием металла.
- Дуга зажигается быстро и отличается стойкостью горения. Повторное зажигание тоже не вызывает трудностей.
- Шлаковая корка легко отходит после нанесения шва.
- Экономичны в использовании. Чтобы наплавить 1 кг материала, потребуется 1,7 кг электродов МР-3.
Чтобы не испортить первоначальные свойства изделий, необходимо соблюдать определенные условия их хранения: защищать от механических повреждений, загрязнения, влаги.
Температура воздуха не должна падать ниже 15 градусов. Сырые электроды достаточно прокалить при температуре 180 градусов на протяжении одного часа, и они будут готовы к эксплуатации.
Чтобы оформить заказ на нашем сайте, звоните (383) 211-28-63, 361-17-07 или воспользуйтесь формой обратной связи. Менеджеры компании проконсультируют по всем вопросам, связанным с техническими характеристиками товара, его покупкой и доставкой.
Сварочные электроды МР-3 АРС (Е 46)
Сварочные электроды марки МР-3 предназначены для сварки углеродистых марок сталей всех степеней раскисления.
Вид покрытия – рутиловое.
| Характеристики сварочных электродов МР-3 АРС | |||||
| Тип | Э46 | ||||
|
Назначение |
для ручной дуговой сварки конструкций из углеродистых марок сталей по ДСТУ 2651/ГОСТ 380-2005 (Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3) всех степеней раскисления – “КП”, “ПС”, “СП” и ГОСТ 1050-88 (05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 20кп, 20пс, 20). Предназначены для сварки угловых, стыковых, нахлесточных соединений металла толщиной от 3 до 20 мм. |
||||
|
Положение сварки |
Электроды диаметром от 2,5 до 4 мм пригодны для сварки во всех пространственных положениях;
диаметром 5 мм – для сварки в нижнем, горизонтальном на вертикальной плоскости и вертикальном “снизу-вверх” положениях |
||||
|
Ток |
Постоянный ток обратной полярности или переменный ток от трансформатора с напряжением холостого хода не менее 50 В. |
||||
|
|||||
|
Допустимое содержание влаги в покрытии перед употреблением |
При нормальных условиях хранения не требуют прокалки перед сваркой; в случае увлажнения сушка перед сваркой: 150±10°С 40-60 мин. |
||||
|
Масса |
2,5х350мм – 1кг/2,5кг – 55-58шт/139-147шт 3,0х350мм – 1кг/2,5кг – 38-40шт/96-100шт 3,2х350мм – 1кг/2,5кг – 32-33шт/80-83шт 4,0х450мм – 2,5кг/5кг – 42-43шт/84-86шт 5,0х450мм – 2,5кг/5кг – 27шт/54шт |
||||
Рекомендуемые значения силы тока, А
| Ø, мм | |
| 2,5 | 50-90 |
| 3,0 | 70-110 |
| 3,2 | 80-120 |
| 4,0 | 110-170 |
| 5,0 | 150-220 |
Механические свойства металла шва:
-
Временное сопротивление разрыву: ≥450 МПа
-
Относительное удлинение: ≥22%
-
Ударная вязкость: ≥78 Дж/см²
Характеристики Электроды Ресанта МР-3 Ф2,5 [71/6/19]
Характеристики Электроды Ресанта МР-3 Ф2,5 [71/6/19]- Сварочное оборудование
- Электроды
- Электроды Ресанта
- Электроды Ресанта МР-3 Ф2,5 [71/6/19]
org/Breadcrumb”>
Главная
Гарантия: 12 месяцев.
Доставка:
- По Москве от 3-х дней
- По РФ 4 дня
?
- Тип сварки:любой
-
Диаметр электрода:2. 5 мм
- Гарантия:12 месяцев.
5 мм
Доставка:
- По Москве от 3-х дней
- По РФ 4 дня
?
в сравнении
Очистить список сравнения
Интернет-магазин бытовой техники и электроники techshop.
ru. © 2018–2021 ООО «Техшоп»
МР-3, ф=1,6 мм сварочные электроды (тип Э46), Сварочные электроды для низколегированных и углеродистых сталей, Сварочные электроды — Сварка Урала г. Екатеринбург
Сварочные электроды марки МР-3 ф-1,6мм применяют для сварки – ручной дуговой сварки. Сваривают металлические конструкции из из низколегированных сталей. Электроды МР-ЗС необходимы во время работ, с высокими требованиями по прочности к сварному шву. Важно знать, что допустимое содержание углерода в металле, который сваривают не должно быть больше 0,25%. Сварочные электроды МР-3 ф-1,6мм обеспечивают возможность проведения сварки металла в любых положениях (кроме вертикального сверху-вниз) . Электроды сварочные работают при переменном и постоянном токе (обратной полярности). Произведены сварочные электроды МР-3 – Ротекс Судиславским заводом сварочных материалов.
Электроды сварочные МР-3 соответствуют ГОСТу 9466-75, ГОСТу 9467-75 и ТУ 1272-001-50133500-2003. Упакованы электроды в евро упаковку.
Купить по низким ценам необходимые сварочные электроды, а так же сварочное оборудование, приспособления для сварочных работ (электрододержатели, клеммы, сварочные кабели и прочее),средства индивидуальной защиты (очки, маски сварщика, спецодежда, краги, перчатки) и многое другое Вы можете в компании Сварка Урала.
Технические характеристики электродов МР-3 (Ротекс):
| Рекомендуемое значение тока при сварке, А | ||
| Пространственное положение шва | ||
| нижнее | вертикальное | потолочное |
| 15-30 | 15-25 | 15-25 |
| Характеристики плавления электродов Э46 МР-3P | ||
| Коэффициент наплавки, г/Ач | 8,5 | |
| Расход электродов МР-3 ф 1,6мм на 1кг наплавленного металла, кг | 1,7 | |
Основные характеристики металла шва и наплавленного металла
| Механические свойства металла шва, не менее | |
| Временное сопротивление разрыву, МПа | 460 |
| Относительное удлинение, % | 20 |
| Ударная вязкость, Дж/см2 | 80 |
| Химический состав наплавленного металла, % | |
| Углерод, не более | 0,12 |
| Марганец | 0,35-0,70 |
| Кремний | 0,09-0,25 |
| Сера, не более | 0,040 |
| Фосфор, не более | 0,045 |
МР-3 д.
=4мм.5кг. Спецэлектрод.Основное назначение – электроды МР3
Сварочные электроды МР3 значительно улучшены специалистами СпецЭлектрод. Электроды МР-3 предназначены для сварки ответственных конструкций из углеродистых сталей с временным сопротивлением до 490 МПа во всех пространственных положениях шва переменным током и постоянным током обратной полярности (напряжение холостого хода не менее 65В).
Характеристики Электродов МР3
Покрытие электродов сварочных электродов МР-3 – рутиловое.
Коэффициент наплавки – 8,5 г/А·ч.
Производительность наплавки (для Ж 4,0 мм) – 1,7 кг/ч.
Расход сварочных электродов МР-3 на 1 кг наплавленного металла – 1,7 кг.
Типичный химический состав наплавленного металла сварочных электродов МР3, %.
|
C |
Mn |
Si |
S |
P |
|
0,10 |
0,58 |
0,17 |
0,030 |
0,035 |
Типичные механические свойства металла шва сварочных электродов марки МР3
Врем.
сопротивление, МПа…………………………. 450
Предел текучести, МПа…………………………. 400
Относительное удлинение, %…………………………. 18
Ударная вязкость, Дж/см2…………………………. 80
Особые свойства электродов сварочных
МР3
Допускают сварку влажного, ржавого, плохо очищенного от окислов и других загрязнений металла. Электроды сварочные МР-3 имеют повышенную производительность процесса сварки.
Технологические особенности сварки электродами МР3
Сварку конструкций средних и больших толщин в нижнем положении производят электродами МР3 на повышенных режимах с наклоном электрода в сторону направления сварки (углом назад). Рекомендуется средняя и короткая длина дуги. Электроды сварочные необходимо проколоть перед сваркой: 170-200°С; 1 ч.
Диам. сварочных электродов МР3, мм
|
2,0 | 2,5 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
| Длинна электродов МР3, мм | 300 | 350 |
350 |
450 |
450 |
| Ток, А | 30-90 | 50-110 |
80-140 |
140-200 |
160-260 |
Одобрение электродов МР-3
Сварочные электроды МР-3 одобрены ГОСТ Р, УкрСЕПРО, БелСТ
Лучшие новые марки – аналоги: МР-3С, ОЗС-12, СЭ ОК-46, АНО-36, АНО-37.
(PDF) Характеристики частиц дыма, образующихся при дуговой сварке различными покрытыми электродами
www.nature.com/scientificreports/
8
НАУЧНЫЕ ОТЧЕТЫ | (2018) 8: 17169 | DOI: 10.1038 / s41598-018-35494-1
16. Jenins, N. T. & Eager, T. W. Образование дыма в результате окисления брызг во время дуговой сварки. Наука и технология сварки и
, соединение 10, 537–543, https://doi.org/10.1179/174329305X48310 (2005).
17.Совардс, Дж. У., Чамирез, А. Дж., Дичинсон, Д. У. и Липпольд, Дж. К. Характеристики сварочного дыма от электродов SMAW – часть II.
Welding Journal (Майами, Флорида) 89, 82s – 90s (2010).
18. Опря, М. и др. Гранулометрический состав и химические свойства сварочного дыма вдыхаемых частиц. Journal of Aerosol Science 45,
50–57, https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2011.10.004 (2012).
19. Войтьевич В. Сварочный дым: образование, свойства и биологические эффекты.(Кембридж, Англия: Abington, 1995).
20. Харири, А., Юсоф, М. З. М., Леман, А. М. Сравнение воздействия сварочного дыма в положении стоя и сидя сварщика.
Международный журнал машиностроения, аэрокосмической, промышленной, мехатронной и производственной инженерии 7, 1963–1966 (2013).
21. Дахал, С., Чим, Т. и Ан,. Косвенное прогнозирование диффузии сварочного дыма внутри помещения с использованием вычислительной динамики жидкости.
Атмосфера 7, https: // doi.org / 10.3390 / atmos7060074 (2016).
22. Первез, С., Мэтью, Дж. И Шарма,. Исследование взаимоотношений твердых частиц между личным, внутренним и внешним в сварочных цехах.
Журнал научных и промышленных исследований 64, 454–458 (2005).
23. iricheno, . Ю., Дрозд, В. А., Чайня, В. В., Гридасов, А. В., Голохваст,. С. В Самарском научном центре РАН. 662−665 (2015).
24. iricheno, . Y. et al. 3D-моделирование распределения нано- и микрочастиц сварочного аэрозоля в рабочей зоне.Nano
Hybrids and Composites 13, 232–238, https://doi.
org/10.4028/www.scientic.net/NHC.13.232 (2017).
25. Орлов, . В., Стреляева, А.Б., Бариляева, Н.С. Оценка содержания взвешенных частиц PM10 и PM2,5 в атмосферном воздухе жилых районов
. Солнечная энергия 12, 39–41 (2013).
26. obayashi, M., Mai, S., Hashimoto, Y. & Suga, T. Исследования химического состава сварочного дыма. Сварочный журнал
(Майами, Флорида) 62, 190.с – 196. с (1983).
27. onarsi, P., Iwanejo, I. & wil, M. Морфология ядра-оболочки микро- и наночастиц сварочного дыма. Пользовательское моделирование и пользовательское взаимодействие –
70, 385–389, https://doi.org/10.1016/S0042-207X(02)00674-7 (2003).
28. Циммер, А. Т., Барон, П. А. и Бисвас, П. О влиянии рабочих параметров на числовое распределение размеров аэрозолей
, образующихся в процессе дуговой сварки металлическим электродом в газе. Journal of Aerosol Science 33, 519–531, https: // doi.org / 10.1016 / S0021-8502 (01)
00189-6 (2002).
29.
Явецкий, . P. et al. Низкоагломерированные нанопорошки оксида иттрия путем разложения прекурсора, легированного сульфатом, с переходной морфологией
. Journal of Rare Earths 32, 320–325, https://doi.org/10.1016/S1002-0721(14)60074-0 (2014).
30. Berlinger, B. et al. Физико-химические характеристики различных сварочных аэрозолей. Аналитическая и биоаналитическая химия 399,
1773–1780, https://doi.org/10.1007 / s00216-010-4185-7 (2011).
31. Worobiec, A. et al. Комплексное микроаналитическое исследование сварочных аэрозолей рентгеновскими и чамановскими методами. Рентген
Спектрометрия 36, 328–335 (2007).
32. Ибфельт, Э., Бонд, Дж. П. и Хансен, Дж. Воздействие частиц дыма от сварки металла и риск сердечно-сосудистых заболеваний в Денмаре: проспективное когортное исследование
. Медицина труда и окружающей среды 67, 772–777, https://doi.org/10.1136/oem.2009.051086 (2010).
33. Антонини, Дж. М., Тейлор, М. Д., Циммер, А. Т. и Зобертс, Дж.
Э. Легочные реакции на сварочный дым: слой металлических компонентов.
Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды – часть A67, 233–249, https://doi.org/10.1080/152873904909 (2004).
34. Берлингер Б., Эллингсен Д. Г., Нарай М., Зарай Г. и Домассен Ю. Исследование биодоступности сварочного дыма. Журнал
Мониторинг окружающей среды 10, 1448–1453, https: // doi.org / 10.1039 / b806631 (2008 г.).
35. Чащин М.В. и др. Сварочный дым является фактором возгорания и коагуляции. Journal of Environmental and Public
Health 5, 14–15 (2013).
36. Christensen, S. W., Bonde, J. P. & Omland, Ø. Перспективное исследование снижения функции легких в связи с выбросами от сварки.
Журнал медицины труда и токсикологии 3, https://doi.org/10.1186/1745-6673-3-6 (2008).
37. Засетте, Б.A. et al. Паркинсонизм, связанный со сваркой: клиника, лечение и патофизиология. Неврология 56, 8–13 (2001).
38. acette, B.A. et al. Распространенность паркинсонизма и его связь с облучением у большой выборки сварщиков из Алабамы.
Неврология 64,
230–235 (2005).
39. Эль-Зейн, М., Мало, Дж. Л., Инфанте-Живард, К. и Гаутрин, Д. Распространенность и ассоциация связанных со сваркой системных и респираторных
симптомов у сварщиков. Медицина труда и окружающей среды 60, 655–661, https: // doi.org / 10.1136 / oem.60.9.655 (2003).
40. Ванденплас, О., Дельвиче, Дж. П., Ванбилсен, М. Л., Джоли, Дж. И Фооселс, Д. Профессиональная астма, вызванная сваркой алюминия. European
Respiratory Journal 11, 1182–1184, https://doi.org/10.1183/036.98.11051182 (1998).
41. Sellappa, S. et al. Оценка индукции повреждения ДНК и ингибирования восстановления у сварщиков, подвергшихся воздействию шестивалентного хрома. Азиатский
Тихоокеанский журнал профилактики рака 11, 95–100 (2010).
42. Wultsch, G. et al. Чувствительность биомаркеров к генотоксичности и острой цитотоксичности в носовых и буккальных клетках сварщиков.
Международный журнал гигиены и гигиены окружающей среды 217, 492–498, https://doi.
org/10.1016/j.ijheh.2013.09.005 (2014).
Благодарности
Авторы выражают благодарность коллективу ДВФУ ЦКП «Межведомственный центр
по аналитическому контролю окружающей среды». D.Sc.К.С. Голохваст финансируется за счет гранта Президента РФ
для молодых докторов наук [проект MD − 7737.2016.5]. К.Ю. Кириченко, д.
А.И. Агошков, д-р В.А. Дрозд, д-р А.В. Гридасов, А.С. Холодов, д-р С.П. Кобыляков, д-р Д.Ю. Косянова,
д-ра А.М. Захаренко, д-р А.А. Карабцов, д-р С. Шиманский, А.К. Стратидакис, д. Я.О. Межуева и
академика РАН А. Цацаки не получил финансовой поддержки или какого-либо финансирования за свой вклад в это исследование
.
Авторские взносы
К.Ю. Кириченко участвовал в экспериментальной части исследования, в подготовке статьи
и создании 3D-моделей частиц сварочного дыма. D.Sc. А.И. Агошков участвовал в разработке
экспериментальных процедур и теоретической основы этого исследования, а также в написании
раздела «Введение» этой статьи.
Доктор В.А. Дрозд внес вклад в анализ экспериментальных результатов
по характеристике образцов.Доктор А.В. Гридасов внес вклад в организацию экспериментальных
процедур. Г-н А.С. Холодов участвовал в подготовке проб к морфологии и количественному химическому анализу
. Д-р С.П. Кобыляков участвовал в экспериментальной части характеристики всех образцов.
Доктор Д.Ю. Косянов участвовал в написании разделов «Обсуждение» и «Заключение», а также в анализе
всех экспериментальных результатов. Доктор А. Захаренко участвовал в написании разделов «Обсуждение» и «Выводы
», а также в анализе всех экспериментальных результатов.Доктор А.А. Карабцов участвовал в выполнении
морфологического и количественного химического анализа. Доктор С. Шиманский внес вклад в статистический анализ
экспериментальных результатов. Г-н А.К. Стратидакис участвовал в анализе всех экспериментальных результатов, а также в написании раздела «Обсуждение» в
.
D.Sc. Я.О. Межуев участвовал в анализе всех результатов экспериментов
Содержание предоставлено Springer Nature, применяются условия использования.Права защищены
% PDF-1.6 % 615 0 объект > / Metadata 678 0 R / OpenAction 616 0 R / PageLabels 610 0 R / Pages 612 0 R / StructTreeRoot 23 0 R / Type / Catalog / ViewerPreferences >>> эндобдж 678 0 объект > поток admintrueACROBATExcalibur 7018 MRAdobe InDesign CC (Macintosh) Пт 13 июня 13:44:54 EDT 20142748675.0c21010.pdf149110.0 @ Lincoln Electric Global Inc. -13T13: 34: 23.000-04: 002012-02-06T10: 21: 15.000-05: 00US Marketing Publishspec-sheetc21010.pdfExcalibur 7018 MRExcalibur 7018 MR Информация о продукте
629-04: 00Adobe PDF Library 11.0 The Lincoln Electric Company8e1c5c4f40baf343b9e967e58013213f83bac9de149110
035119210Helvetica Neue LT Std11
921
9520Helvetica Neue LT Std36
952
03516752414110Helvetica Neue LT Std1675241411
589 0 руб. 588 0 руб. 587 0 руб. 586 0 руб. 585 0 руб. 584 0 руб. 0 R 485 0 R 483 0 R 481 0 R 476 0 R 475 0 R 474 0 R 473 0 R 472 0 R 471 0 R 464 0 R 463 0 R 462 0 R 461 0 R 460 0 R 459 0 R 452 0 R 451 0 R 450 0 R 449 0 R 448 0 R 447 0 R 440 0 R 439 0 R 436 0 R 435 0 R 434 0 R 430 0 R 429 0 R 428 0 R 427 0 R 426 0 R 425 0 R 189 0 186 0 R 181 0 R 182 0 R 179 0 R 177 0 R 175 0 R 173 0 R 171 0 R 169 0 R 160 0 R 158 0 R 156 0 R 154 0 R 152 0 R 150 0 R 148 0 R 139 0 R 137 0 R 135 0 R 133 0 R 131 0 R 129 0 R 127 0 R 404 0 R 405 0 R 400 0 R 401 0 R 397 0 R 394 0 R 391 0 R 390 0 R 382 0 R 380 0 R 378 0 R 376 0 R 368 0 R 369 0 R 366 0 R 364 0 R 362 0 R 360 0 R 351 0 352 руб. 0 руб. 353 0 руб. 349 0 пр. 347 0 руб. 345 0 руб. 343 0 пр. 326 0 руб. 327 0 пр. 328 0 руб. 323 0 руб. 0 R 301 0 R 299 0 R 297 0 R 295 0 R 293 0 R 291 0 R 281 0 R 282 0 R 279 0 R 277 0 R 275 0 R 273 0 R 271 0 R 269 0 R 260 0 R 257 0 R 254 0 R 249 0 R 250 0 R 251 0 R 247 0 R 246 0 R 236 0 R 237 0 R 234 0 R 232 0 R 230 0 R 228 0 R 226 0 R 217 0 R 218 0 R 215 0 R 213 0 211 0 R 209 0 R 207 0 R 103 0 R 104 0 R 105 0 R 106 0 R 107 0 R 108 0 R 109 0 R 110 0 R 64 0 R 101 0 R]
эндобдж
29 0 объект
[null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null ноль null null null null null 30 0 R 31 0 R 32 0 R 33 0 R 34 0 R 35 0 R 36 0 R 37 0 R 38 0 R 39 0 R 40 0 R 41 0 R 42 0 R 43 0 R 44 0 R 45 0 R 46 0 R 47 0 R 48 0 R 49 0 R 50 0 R 51 0 R 52 0 R 53 0 R 54 0 R 55 0 R 56 0 R 57 0 R 58 0 R 59 0 R 60 0 R]
эндобдж
30 0 объект
>
эндобдж
31 0 объект
>
эндобдж
32 0 объектХарактеристика частиц дыма, образующихся при дуговой сварке различными покрытыми электродами
На основе результатов ранее опубликованных исследований 14,15,17,23 , которые показали типичное преобладание микро- и наночастиц в ВС, 3D-моделирование Облака основывались на гранулометрических данных, полученных в режиме измерений «Нано».
Следует отметить, что в зависимости от свариваемых материалов средние значения гранулометрического состава (D 50 ) варьировались от 0,06 мкм (электрод EA-395 / 9-3.0-LD1 E-B20) до 94,71 мкм (электрод КК-50Н Кисвель). Это показывает, что в радиусе 5 м от источника размер частиц после поглощения водой изменяется в очень широком диапазоне. В этом случае только часть мелких частиц способна образовывать относительно стабильные аэрозоли, тогда как крупные частицы подвержены быстрому осаждению, если они не содержат полостей.Независимо от причин образования крупных частиц (вторичная агломерация в воздухе и воде или образование брызг), их присутствие при поглощении водой указывает на возможность их поглощения телом сварщика. Минимальный размер частиц, потенциально поглощаемых телом сварщика частиц в различных точках рабочей зоны, определялся с помощью электрода МР-3 с рутиловым покрытием (Ø3 мм) (рис. 2).
Гранулометрический состав WF в режиме «Nano» (стержень MR-3 с рутиловым покрытием).
Таким образом, исследованы особенности образования дымовых частиц фракции РМ 10 во всем пространстве рабочей зоны с использованием промышленных электродов Cho Sun CR-13, UONI-13/5, Bridge Brand J-421, ESAB. ОК-46 с различными видами покрытия (рис. 1 и 3, таблицы 1 и 2). В таблице 2 представлены средние значения результатов измерений. Различия в значениях не превышают 12%. По другим справочным данным, наличие частиц РМ 10 в воздухе рабочих помещений колеблется в пределах 15–80% (в зависимости от типа производственного объекта) 25 .Таким образом, максимальные уровни загрязнения частицами фракции PM 10 наблюдаются в рабочем пространстве при проведении дуговой сварки (таблица 2). На рис. 3 представлены трехмерные модели распределения частиц РМ 10 в рабочем пространстве при прилагаемой силе тока 150 А и использовании различных типов покрытых электродов. Трехмерные модели с приложенной силой тока 100 А были представлены в предыдущих исследованиях 23,24 .
Эти модели представляют собой процентное содержание частиц РМ 10 фракции от общего количества ВФ в различных точках рабочего пространства.Следовательно, сложение процентов каждого из 3 направлений (↓ S, ← W, → E) соответствует 100% всех WF. Независимо от типа используемых электродов, трехмерные модели распределения частиц РМ 10 в плоскости пола имели гофрированную морфологию. Все 3D-модели демонстрируют высокие концентрации частиц РМ 10 на расстояниях 0–3 м и 4–5 м от источника эмиссии (рис. 3). Эта особенность может быть связана с высотой источника излучения от линии пола (0.8 м). Дымовое облако, по-видимому, достигает уровней Q (РМ 10 )> 60% даже на расстоянии 5 м от зоны излучения при использовании электродов с рутиловым, основным и кислотным покрытиями и прилагаемой силой тока 150 А (Таблица 1, Рис. . 3b). Следует отметить, что это влечет за собой загрязнение пространства площадью более 280 м 3 во время сварочных работ, которое может быть вызвано всего одним электродом (~ 1 мин).
Поэтому нахождение обслуживающего персонала в этой рабочей зоне без средств защиты опасно для их здоровья (в соответствии с рис.1).
3D-модели распределения частиц РМ 10 фракция WF при сварке промышленными электродами Cho Sun CR-13 ( a ), UONI-13/55 ( b ), Bridge Brand J- 421 ( c ), ЭСАБ ОК-46 ( d ) (пластины металлические ВСт-3сп, S = 8 мм, I = 150 А).
Таблица 2 Гранулометрические характеристики ВС в зависимости от силы тока дуговой сварки покрытыми электродами различных типов (металлические пластины ВСт-3сп, S = 8 мм).В таблице 3 геометрические типы трехмерных моделей (ось ↑ H) указаны в соответствии с типами покрытых электродов и значениями приложенной силы тока 23,24 . Следует отметить, что амплитуды рассеивания ВФ на уровне пола (↓ S, ← W, → E) пропорциональны их геометрии рассеяния по высоте (↑ H) (рис. 3).
Таблица 3 Геометрические типы 3D-моделей в зависимости от типа покрытия электродов.
Как правило, при использовании электродов с рутиловым и кислотным типами покрытия увеличение силы тока со 100 до 150 А вызывает более равномерное рассеивание облака дыма в направлениях ↓ S, ← W, → E.Кроме того, использование покрытых электродов кислотного типа характеризуется минимальной разницей значений D 50 и Q (PM 10 ) между точками отбора проб (рис. 1, таблица 2, рис. 3а, в). Напротив, при использовании электродов с основным и рутилово-целлюлозным типами покрытий дисперсия частиц фракции РМ 10 в пространстве рабочей зоны неравномерна (рис. 3б, г) 23,24 . Это можно объяснить различной интенсивностью испарения металла, которая возникает из-за изменчивости горючего компонента сварочного пара, образующего 1,16 .Следовательно, увеличение прилагаемой силы тока вызывает снижение стабильности горения сварочной дуги. В электродах с основным типом покрытия дестабилизирующим фактором горящей дуги является наличие ионов фтора F – , играющих роль деионизаторов дуги 26 .
Увеличение силы тока в процессе сварки при использовании электродов такого типа приводит к более быстрому измельчению частиц D 50 в области дыхания рабочего (↑ H), где этот параметр уменьшается более чем на два. порядков (таблица 2).Образцы, собранные из разных точек пространства, доказывают преобладание наноразмерных компонентов ВФ (<100 нм). Это соответствует ранее опубликованным результатам 1 , показывающим, что горение электродов основного типа менее стабильно по сравнению с рутиловыми. Нарастание D 50 при увеличении прилагаемой силы тока от 100 до 150 А характерно для сварки электродами рутилово-целлюлозного типа. По электродам с кислотным покрытием существенных изменений не наблюдалось (таблица 2).В результате экспериментов установлено, что максимальная опасность возникает при использовании электродов с основным покрытием и высокими значениями силы тока, в отличие от кислотных, рутиловых и рутилово-целлюлозных типов, которые не доказывают свою эффективность.
быть таким опасным. Кроме того, биологическая опасность с основным типом покрытия, по сравнению с нефтористыми электродами, увеличивается из-за выделения токсичных газов HF и SiF 4 . Также были исследованы особенности морфологии частиц и элементного состава WF, образующихся при сварке этим типом электродов (рис. 4 и 5).
Изображения сканирующей электронной микроскопии морфологических типов твердых частиц, сконденсированных из пара при сварке, с использованием покрытого электрода УОНИ-13/55 основного типа – общий вид ( a ), древовидный (коралл) ( a , вставка), сплошная ( b ), полая ( c ), перфорированная ( d ), остроконечная ( e ) и структуры «ядро-оболочка» ( e , вставка ).
Рисунок 5 Изображение компонентов ВФ ( a ), полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии, а также их элементный состав – сегментный спектр «1» ( b ) и «2» ( c ) соответственно (покрыто электрод УОНИ-13/55 основного типа).
В ходе анализа были изучены основные морфологические типы ВФ и выявлены различные типы морфологии (твердые и полые сферы, структуры «ядро-оболочка» 27 , перфорированные сферы, пластины с острыми краями, агрегаты древовидных (коралловых) ) формы (рис. 4b – e и 5a). Образование WF – это процесс, который включает две стадии. Сначала происходит испарение металла в зоне дуги, что приводит к диспергированию образовавшихся паров с последующими конкурирующими механизмами роста, такие как коагуляция и конденсация 8,9,28 .Таким образом, расплавленные микрочастицы стремятся к минимизации свободной энергии поверхности, уменьшению площади контакта до момента сфероидизации и достижению затем изоляции (рис. 4b – d). В случае наночастиц высокие температуры приводят к необратимым изменениям морфологии частиц (рис. 5а). Массовый нагрев частиц и потеря формы бетона являются результатом значительной активации процесса диффузионного массопереноса. Это приводит к образованию агломератов древовидной (коралловой) формы размером до ~ 100 мкм (рис.
4а, вставка; Рис. 5а) 29 . Следует отметить, что некоторые микрочастицы имеют поликристаллическую (керамическую) микроструктуру (рис. 4б, вставка). Зерна колеблющегося элементного состава образуются при окислении поверхности горения сферических твердых частиц в атмосфере.
По данным химического анализа (рис. 5б, в), основу металлического состава ВФ составляют железо Fe, марганец Mn (3 класс опасности), хром Cr, никель Ni и медь Cu (2 класс опасности). , и кальций Ca, что соответствует справочным данным 6,7,30,31 .Особенностью образования дыма в процессе дуговой сварки является сочетание сбалансированного испарения и несбалансированного (горючего) перехода расплавленных компонентов в дым. Это объясняет бифракционное образование WF (Рис. 5a «Спектр 1», Рис. 5b). Следовательно, доля более мелких агломератов древовидной формы связана с нормальными условиями испарения, когда процентное содержание WF можно представить как функцию, которая зависит от состава расплавленного металла электрода и значений давления пара его элементы 26 .
Содержание летучего марганца в этой фракции значительное (рис. 5б). В то же время взрывной характер испарения расплава препятствует быстрому увеличению содержания летучего марганца до равного парциального давления (рис. 5в, сканирующая электронная микроскопия). Поскольку соединения марганца обнаруживаются в больших концентрациях, можно сделать вывод, что почти все частицы, содержащие марганец, имеют размер фракции PM 10 .
Данные о химическом составе и морфологии ВФ также важны для понимания их биологической активности и токсичности для здоровья человека.Твердые частицы микронного размера могут повредить ткани внутренних органов человека, а частицы небольшой фракции и их агломераты древовидной (коралловой) морфологии обладают высокой цитотоксичностью (рис. 4e и 5). Проникновение в организм частиц PM 10 (в первую очередь наночастиц) стимулирует защитную реакцию, которая запускает воспалительные процессы, включая даже развитие тромбоза 32 . С уменьшением размеров частиц их инфильтрационная способность увеличивается, а также увеличивается вероятность попадания в кровь человека.
Сверхмелкие частицы могут легко проникать в легкие через мембраны альвеолярного гребня 10 . Нарушение микроциркуляции в организме человека в конечном итоге приводит к развитию заболеваний сердечно-сосудистой системы и увеличивает риск рака (лейкоз, рак легких), сердечного приступа и апоплексического удара 33,34,35,36 .
Хроническое воздействие марганца на организм человека может вызывать генетические мутации и дегенерацию функции ЦНС.Этот негативный эффект аналогичен паркинсонизму по природе 37,38 . Наличие марганца в покрытых электродах основного типа летучих соединений фтора (KCaF 3 -CaF 2 , Na 2 SiF 6 ) и высокая основность огольной фазы способствует интенсивному течению щелочной и соединения щелочно-земельных металлов в ВФ (в частности, кальций Ca) (рис. 5б, в) 5 . Присутствие в ВФ летучих соединений фтора может привести к развитию астмы 39,40 .Кроме того, было доказано, что соединения хрома (Cr) и никеля (Ni), содержащиеся в сварочной проволоке и сварных металлах, оказывают канцерогенное влияние на организм человека (рис.
5b, c) 41,42 .
Работникам данной области необходим постоянный биомониторинг крови и мочи с целью оценки и контроля общих рисков для здоровья. Кроме того, предупреждающие текстовые и фото-сообщения о потенциальных рисках в зонах сварки могут помочь донести информацию об уровнях опасности «промышленных объектов» до сотрудников и посетителей.В свою очередь, использование сварочных стержней с низким уровнем дыма и / или устранение сварочного дыма за счет использования альтернативных методов сварки, таких как сварка трением (твердотельный процесс), позволит исключить отрицательные выбросы сварочных паров в атмосферу.
Поверхностный электрод – обзор
4.2.6 Кожа человека и кератинизированная ткань
Эпителия – это клетки, организованные в виде слоев, например кожа. Клетки в эпителии действительно образуют щелевое соединение .В особо плотных мембранах эти соединения представляют собой специальные плотные соединения . Трансмембранный доступ зависит от типа клеточных соединений и от того, в какой степени эпителий шунтируется каналами или специализированными органами (например, потовыми протоками в коже).
В импедансе кожи преобладает SC на низких частотах. Обычно утверждается, что импеданс кожи определяется главным образом SC на частотах ниже 10 кГц и жизнеспособной кожей на более высоких частотах (Ackmann and Seitz, 1984).Это, конечно, будет зависеть от таких факторов, как гидратация кожи, размер и геометрия электродов и т. Д., Но, тем не менее, это может служить приблизительным ориентиром. Моделирование методом конечных элементов концентрической двухэлектродной системы, использованное Ямамото и др. (1986) показали, что на SC приходится примерно 50% измеренного импеданса кожи на частоте 10 кГц, но только примерно 10% на частоте 100 кГц (Martinsen et al., 1999).
Толщина SC может составлять приблизительно от 10 мкм (0,01 мм) до 1 мм или более под стопой.SC представляет собой твердое вещество, необязательно содержащее жидкую воду, но с влажностью, зависящей от влажности окружающего воздуха. SC не растворяется в воде, но он может поглощать большое количество воды (например, удваивая свой вес).
SC можно рассматривать как твердотельный электролит, возможно, с небольшим количеством ионов, которые могут свободно перемещаться и вносить вклад в проводимость постоянного тока. SC содержит такие органические вещества, как белки и липиды, которые могут быть сильно заряжены, но связаны и, следовательно, вносят вклад только в прохождение AC.
Остается открытым вопрос, имеет ли проводимость в СК помимо ионной составляющей еще и электронную составляющую (например, как полупроводник).
Было показано, что СК демонстрирует очень широкую α-дисперсию (рис. 4.15), которая, предположительно, в основном вызвана противоионами. Жизнеспособная кожа имеет электрические свойства, похожие на другие живые ткани; следовательно, он отображает отдельные α- и β-дисперсии. Граница раздела между SC и жизнеспособной оболочкой также приведет к дисперсии типа Максвелла-Вагнера в β-диапазоне.Хотя импеданс SC намного выше на низких частотах, чем импеданс живой кожи, различия в механизмах дисперсии приводят к сближению электрических свойств при увеличении частоты.
Это основная причина, по которой увеличение частоты обычно приводит к измерениям в более глубоких слоях кожи.
Рисунок 4.15. Диэлектрическая дисперсия кожной ткани.
От Gabriel et al. (1996b), с разрешения. Ямамото и Ямамото (1976) измерили импеданс кожи на вентральной стороне предплечья с помощью двухэлектродной системы и моста переменного тока.Они использовали электроды Beckman из серебра / хлорида серебра, заполненные гелем и измеренные через 30 минут после наложения электродов. Кожу снимали целлюлозной лентой 15 раз, после чего считалось, что весь SC был удален. Между каждой зачисткой также проводились измерения импеданса, чтобы можно было рассчитать импеданс удаленных слоев. Толщина SC составила 40 мкм, что больше, чем обычные средние значения, найденные в других местах литературы. Например, Therkildsen et al.(1998) обнаружили среднюю толщину 13,3 мкм (минимум 8 мкм / максимум 22 мкм) при анализе 57 образцов с участков кожи, не подверженных трению, у добровольцев европеоидной расы.
Однако увеличение влажности, вызванное закупоркой электродов и гелем электрода, безусловно, значительно увеличило толщину SC.
Знание толщины СК позволило авторам рассчитать параллельное удельное сопротивление и относительную диэлектрическую проницаемость удаленного СК. Кроме того, удельное сопротивление и относительная диэлектрическая проницаемость жизнеспособной кожи были рассчитаны путем предположения однородных электрических свойств и использования формулы для сопротивления сужению (см. Рисунок 6.3). Сопротивление дискового поверхностного электрода (уравнение 6.17) R = ρ / 4a. Поскольку RC = ρε r ε 0 , относительная диэлектрическая проницаемость жизнеспособной оболочки может быть рассчитана из измеренной емкости по аналогичной формуле:
(4.2) C = 4aεrε0
Расчетные данные Ямамото и Ямамото (1976). ) представлены на рисунке 4.16.
Рисунок 4.16. Среднее сопротивление и относительная диэлектрическая проницаемость в роговом слое (SC) и жизнеспособной коже.
Эти данные также могут быть представлены как зависимость проводимости и проводимости от частоты, как показано на рисунке 4.17. На этом рисунке легко увидеть очень широкий характер дисперсии. На низких частотах проводимость выравнивается, указывая на уровень проводимости кожи по постоянному току. Кажется, что восприимчивость достигает максимума примерно на 1 МГц, что должно соответствовать характерной частоте дисперсии. Этот частотный отклик трудно интерпретировать, и очевидная широкая дисперсия, скорее всего, является смесью нескольких механизмов дисперсии.Сильно неоднородная природа SC со значительным градиентом гидратации в кирпичных слоях мертвых ороговевших клеток должна вызывать значительные механизмы диспергирования в диапазоне α и β.
Рисунок 4.17. Плотность поверхностной проницаемости рогового слоя, рассчитанная на основе данных, представленных на рис. 4.16.
Частотную характеристику, показанную на рисунке 4.17, можно сравнить с данными адмиттанса для образца ладонной SC in vitro толщиной 180 мкм, показанными на рисунке 4.
18 (Martinsen et al., 1997а). Эти измерения были выполнены с помощью двухэлектродной системы и гидрогелевых электродов при относительной влажности (RH) 50%. Уровень постоянного тока этого образца SC намного ниже, чем тот, который показан на рисунке 4.17, даже после корректировки на 4,5 раза большую толщину образца in vitro. Это легко объясняется разницей в гидратации двух образцов. SC in vivo гидратируется подлежащей жизнеспособной кожей и, в этом случае, также электродным гелем. Кожа in vitro находится в равновесии с окружающей относительной влажностью, а гидрогелевые электроды не увеличивают гидратацию (Jossinet and McAdams, 1991).
Рисунок 4.18. Плотность поверхностного проникновения рогового слоя ладоней (SC) in vitro.
Из Martinsen et al. (1997a), с разрешения. Важным открытием Ямамото и Ямамото (1976) было то, что импеданс удаленных слоев SC не создавал дуги окружности в плоскости комплексного импеданса. Это очевидно из рисунка 4.19, на котором данные полной проводимости с рисунка 4.
17 преобразованы в значения импеданса и нанесены на комплексную плоскость.
Рисунок 4.19. Данные рогового слоя на Рисунке 4.17 нанесено на комплексную плоскость импеданса.
Следовательно, если кто-то строит данные многочастотных измерений на коже in vivo в комплексной плоскости и использует круговую регрессию для получения, например, параметров Коула, необходимо знать следующее: SC сам по себе не обязательно дает дуга окружности, и, как описано ранее в этой главе, измеренный объем или скин-слой сильно зависит от частоты. Следовательно, полученные параметры представляют собой смесь различных слоев кожи и различных механизмов диспергирования; таким образом, они совершенно неоднозначны при использовании для характеристики состояний определенных слоев кожи.
Birgersson et al. (2011) с помощью математического моделирования и экспериментов показали, что данные, полученные Ямамото и Ямамото (1976) (рис. 4.16), должны быть скорректированы для достижения лучшего согласия между предсказаниями модели и экспериментальными данными.
Среди прочего, они указали, что процедура снятия целлюлозной ленты, используемая Ямамото и Ямамото, не является линейной; то есть количество SC, удаляемое каждой лентой, уменьшается с глубиной (Lademann et al., 2008). Дальнейший прогресс был достигнут Birgersson et al.(2013).
Степень проникновения в кожу сильно различается у разных людей и между разными участками кожи одного и того же человека. Например, изменения активности потовых желез и относительной влажности окружающей среды в течение дня или сезона также отражаются в больших вариациях проницаемости кожи, в основном из-за изменений в увлажненности кожи.
В таблице 4.3 показаны результаты измерений импеданса при 10 Гц на разных участках кожи, измеренных с помощью электрокардиограммы (ЭКГ) с сухой металлической пластиной (ЭКГ) 12 см, расположенной непосредственно на участке кожи после того, как на кожу был нанесен короткий вдох. поверхность (Гримнес, 1983а).В первом столбце представлены измерения сразу после наложения электрода, а в двух последующих столбцах приведены значения через 2 и 4 часа соответственно. В первом столбце показано большое изменение импеданса управления, которое было интерпретировано как нестабильное заполнение протока во время измерения. Два других столбца показывают стабильные результаты на двух разных уровнях контроля. Значения в таблице 4.3 ясно демонстрируют большую вариабельность импеданса кожи на разных участках кожи и то, как это изменяется в период окклюзии кожи.
Таблица 4.3. Зависимость импеданса кожи от участка [кОм · см 2 ] при 10 Гц
| кОм · см 2 / кОм | |||
|---|---|---|---|
| Начало | 2 ч | 4 ч | |
| 720/80 | 210/17 | 300/33 | |
| Предплечье: – вентрально – дистально | 250/80 | 240/17 | 190/35 |
| Предплечье: – брюшное – средний | 840/80 | 230/17 | 360/36 |
| Предплечье: – брюшное – проксимальное | 560/80 | 180/17 | 260/36 |
| Верхнее плечо: – тыльное | 840/75 | 260/16 | 660/36 |
| Верхняя часть руки: – брюшная | 1000/70 | 300/16 | 780/34 |
| Лоб | 36/16 | 48/35 | |
| Теленок | 325/45 | 375/17 | 325/36 |
| Грудь | 130/37 | 110/16 | 130/35 |
| Пальма | |||
| Пальма | 200 / 17200/33 | ||
| Каблук | 120/60 | 180/15 | 120/35 |
Данные представляют собой исходные значения и значения, полученные через два интервала по 2 часа.Каждое измерение сравнивается со значением [кОм], полученным с контрольного электрода электрокардиограммы (ЭКГ) на вентральной части предплечья.
Воспроизведено из Grimnes (1983a).
Потовые протоки кожи вводят электрические шунтирующие пути для постоянного тока. Хотя эффекты латеральной релаксации противоионов были продемонстрированы в порах, этот эффект предположительно незначителен в потовых протоках; следовательно, потовые протоки преимущественно проводящие (Martinsen et al., 1998a). Однако проводимость по постоянному току, измеренная на коже человека, связана не только с потовыми протоками.Измерения на изолированных СК, а также на ногтях и волосах показывают значения проводимости, сравнимые с таковыми на коже in vivo (Martinsen et al., 1997a, b).
Поскольку поляризация потовых протоков незначительна, проводимость поляризации кожи связана только с SC. Это означает, что измерения емкости или проводимости по переменному току на низких частотах отражают только свойства SC.
Последовательное сопротивление (т.е. предельное значение импеданса на очень высоких частотах) очень мало для SC.В практической экспериментальной установке импеданс жизнеспособной кожи фактически преобладает над этим компонентом. Значение этого эффективного последовательного сопротивления обычно находится в диапазоне 100–500 Ом.
Кожа, пронизанная внешними электролитами
В низкочастотных приложениях (<100 Гц) импеданс кожи очень высок по сравнению с импедансом поляризации влажных электродов и более глубоким сопротивлением ткани. SC состоит из мертвой и сухой ткани, и ее пропускная способность очень зависит от состояния поверхностных слоев и содержания воды (влажности) в окружающем воздухе, контактирующем с кожей до наложения электрода.Кроме того, потовые протоки шунтируют SC с очень переменной проводимостью по постоянному току. Пот заполняет протоки и увлажняет окружающие SC. Следовательно, состояние кожи и измеренная адмиттансная способность кожи во время установки электрода очень изменчивы. При низкой активности потоотделения и сухой окружающей среде коэффициент пропускной способности кожи может легко достигать значений менее 1 мкСм / см 2 при 1 Гц.
С момента появления сухой металлической пластины вода из более глубоких, живых слоев кожи будет медленно создавать водный контакт с первоначально сухой пластиной и содержанием воды в SC.Аналогичный процесс будет происходить в коже с гидрогелем в качестве контактной среды (но здесь уже установлена граница раздела металл / гель). Процесс может занять 15 минут и более. Давление водяного пара гидрогеля может быть таким, чтобы обеспечивать или истощать SC воды в зависимости от начальных состояний кожи.
Чтобы избежать длительного периода плохого контакта, просверливание кожи может удалить SC. Даже легкое трение наждачной бумагой может значительно снизить начальное сопротивление.
Чтобы сократить длительный период плохого контакта, на кожу часто наносят электролитический раствор или влажный гель.Концентрация электролита в контактной среде очень важна. При использовании высокой концентрации соли осмотическое давление воды в более глубоких слоях сильно увеличит транспортировку воды вверх через кожу в зону высокой концентрации. Это может быть допустимо для кратковременного использования (например, <0,5 ч). При длительном использовании раздражение кожи может быть непереносимым. Для длительного использования концентрация должна быть снижена до уровня физиологического солевого раствора (~ 1% от электролитов по весу).
Поверхностный электрод с контактным электролитом, покрывающим часть кожи, может влиять на измеренный иммитанс кожи с помощью четырех различных механизмов:
- 1.
Изменение градиента парциального давления воды в СК.
- 2.
Осмотический перенос воды к или от контактного электролита.
- 3.
Проникновение веществ из электродного геля в СК.
- 4.
Замена наполнения канала пота.
В случае пластины сухого электрода накопление влаги и увеличение адмиттанса в СК начинаются в момент прижатия электрода. При использовании гидрогеля пропускная способность может увеличиваться или уменьшаться. Для влажного геля или жидкости начальная проводимость высока, а для электролитов с сильным контактом она будет увеличиваться в течение многих часов и дней (рис. 4.20). Поскольку внешние слои SC могут быть влажными или сухими в зависимости от окружающего воздуха, будет невозможно найти общую контактную среду, которая просто стабилизировала бы содержание воды в том состоянии, в котором оно было до установки электрода; начало электрода обычно влияет на измеряемые параметры.
Рисунок 4.20. Импеданс кожи как функция времени для электрода электрокардиограммы (ЭКГ) коммерческого типа для длительного применения с влажным гелем и сильным электролитом.
Из Гримнеса (1983a), с разрешения.Для сухой кожи проводимость может быть менее 1 мкСм / см 2 при 1 Гц. Типичная проводимость более 100 мкСм / см 2 возможна, когда СК насыщен электролитами и водой. Электропроводность очень зависит от содержания воды и, как полагают, вызывается, например, протонами (H + ) и заряженными связанными белками, которые вносят вклад только в проводимость переменного тока.
На рис. 4.21 показано преобладающее влияние наполнения потовых протоков на кожу , проводимость и ясно показано, как емкость кожи параллельна и, следовательно, не зависит от изменения параллельной проводимости.
Рисунок 4.21. Проводимость кожи in vivo и параллельная емкость во время резкого наполнения потовых протоков (внезапные физические упражнения) и опорожнения.
Из Гримнеса (1984), с разрешения.Волосы и ногти
Волосы представляют собой плотно зацементированные ороговевшие клетки и растут в волосяных фолликулах , которые, по сути, представляют собой инвагинации эпидермиса в дерму.Сальные железы расположены по бокам от волосяных фолликулов. Они выделяют кожное сало на поверхность кожи, но цель этого секрета неясна, кроме того факта, что он дает запах, который, вероятно, уникален для каждого человека. С этими железами связана проблема обыкновенных угрей, хорошо известная большинству молодых людей.
Частотная характеристика волос мало чем отличается от свойств кожи, но типичные измеренные значения адмиттанса, конечно, очень малы, что затрудняет выполнение этих измерений.На рис. 4.22 показаны параллельные измерения на 100 волосах при различной относительной влажности окружающей среды (Martinsen et al., 1997b). Длина волос была примерно 2 см.
Рисунок 4.22. Электрическая проводимость 100 параллельных волокон волос как функция относительной влажности (RH).
Источник: Martinsen et al., 1997b.При относительной влажности 86% проводимость практически не зависит от частоты (преобладают свойства постоянного тока) до 1 кГц, а при 7% и 62% можно обнаружить только небольшое увеличение на самых высоких частотах.Восприимчивость линейно увеличивается на самых высоких частотах, но выравнивается на самых низких частотах. Частота, с которой начинается это сглаживание, увеличивается с увеличением относительной влажности.
Адсорбция воды волосами – очень медленный процесс. Роббинс (1979) обнаружил, что гидратация волосяных волокон стабилизировалась через 18–24 ч после того, как они были внесены в повышенную относительную влажность в окружающей среде. Martinsen et al. (1997b) обнаружили, что проводимость продолжала увеличиваться в течение нескольких дней после такой ступени относительной влажности, и пришли к выводу, что возможная причина этого заключается в том, что адсорбированные молекулы воды перегруппировываются таким образом, что их вклад в проводимость увеличивается.Кроме того, они обнаружили, что десорбция является очень быстрым процессом, при котором основное изменение проводимости проявляется в течение первых минут после снижения относительной влажности окружающей среды, но также с небольшими изменениями проводимости в течение следующих нескольких часов.
Электрическая проводимость ороговевшей ткани обычно логарифмически зависит от содержания воды или относительной влажности окружающей среды. Пример человеческого волоса показан на рисунке 4.23, на котором проводимость 50 параллельно соединенных волокон на частоте 1 Гц нанесена в зависимости от относительной влажности окружающей среды (Martinsen et al., 1997b).
Рисунок 4.23. Электрическая проводимость 50 волосяных волокон как функция относительной влажности (RH) при 1 Гц. Кружки – измеренные значения, а линия – логарифмическая регрессия.
Источник: Martinsen et al., 1997b.Ноготь тоже ороговевшая ткань, но тверже СК. Частично это связано с «твердым» α-кератином в ногтях, в отличие от более «мягкого» β-кератина в SC (Baden, 1970; Forslind, 1970).
Хотя гвоздь легко доступен, и его электрические измерения легко выполнить, электрическая проводимость человеческого ногтя не была тщательно исследована.На рис. 4.24 показаны проводимость и восприимчивость гвоздя толщиной 450 мкм при относительной влажности 38%, измеренные с помощью двухэлектродной гидрогелевой системы (Martinsen et al., 1997a).
Рисунок 4.24. Электрический допуск человеческого ногтя. Планки погрешностей показывают погрешность данных о низкочастотной восприимчивости. Нильсен (1997).
По своим электрическим свойствам ноготь похож на SC и волосы. Однако обратите внимание, что низкочастотное плато восприимчивости на рисунке 4.24 представляет собой отклонение от простой модели с распределением времен релаксации для одного механизма дисперсии (см.Раздел 9.2), и это должно быть связано с другим механизмом диспергирования, таким как, например, поляризация электродов, слои кожи и т. Д. Проводимость ногтя также логарифмически зависит от содержания воды, как показано на рисунке 4.25 (Martinsen et al., 1997c).
Рисунок 4.25. Электрическая проводимость гвоздя при 80 Гц в зависимости от абсолютного содержания воды (% веса). Площадь 3,14 мм 2 , толщина 0,34 мм. Кружки представляют измеренные значения, а линия – логарифмическая регрессия.Martinsen et al. (1997c).
Псевдоемкостный накопитель энергии сверхвысокой скорости в двумерных карбидах переходных металлов
% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 9 0 объект /Заголовок /Предмет / Автор /Режиссер / CreationDate (D: 20210505173537-00’00 ‘) / Ключевые слова () / ModDate (D: 201
Наборы трех электродов для литиевого Ионные батареи: I. Fem-моделирование различных конструкций электродов сравнения и их значение для спектров импеданса полуэлементов
Литий-ионные батареистали ключевой технологией в нашей повседневной жизни, и за последнее десятилетие резко возрос интерес как к пригодности новых материалов, так и к старению всех компонентов элементов.Внутреннее сопротивление ячейки является важной мерой мощности и состояния здоровья (SoH). 1 Более подробная информация о характеристиках материала и поведении при старении становится доступной, когда внутреннее сопротивление ячейки измеряется как функция частоты. Этот метод называется спектроскопией электрохимического импеданса (EIS) и дает спектр импеданса 2 , который может быть трудно интерпретировать.
Мотивация исследования импедансной спектроскопии заключается в количественной оценке омического и поляризационного вкладов, а также в определении того, каким образом анод и катод влияют на импеданс ячейки.Последнее является сложной задачей для полных ячеек, но выполнимо с использованием симметричных ячеек с двумя номинально идентичными электродами. 3,4 К сожалению, симметричные ячейки (а) нельзя циклически повторять для исследования поведения при старении, а (б) необходимо заново собирать для каждого состояния заряда. Преимущество использования трехэлектродной установки. Здесь полная ячейка непрерывно циклируется, в то время как постоянный потенциал обеспечивается электродом сравнения (RE) без какого-либо протекания тока, как схематично показано на рисунке 1.
Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 1. Схематическое изображение (а) трехэлектродной ячейки, состоящей из рабочего (WE), противодействующего (CE) и электрода сравнения (RE), соединенных электролитом. Геометрия (b), примененная в нашей модели МКЭ (COMSOL Multiphysics), повторяет размеры корпуса ECC-Ref от EL-Cell. 16
Во время измерения EIS ток I протекает между рабочим электродом (WE) и противоэлектродом (CE).Падение потенциала между двумя электродами полной ячейки может быть измерено, а также напряжения полуэлементов между WE и RE и между RE и CE. Это приводит к полному сопротивлению полуячейки, рассчитанному как отношение преобразований Фурье разности потенциалов и тока:
Сумма импедансов полуэлементов всегда приводит к полному импедансу, который также можно напрямую измерить между WE и CE. Однако результаты измерения верны только в том случае, если потенциал электролита на электроде сравнения (RE) остается постоянным.Это условие гарантируется при разомкнутой цепи или когда исследуемая система демонстрирует идеальную симметрию. В случае асимметрии (геометрической или электрохимической a ) потенциал RE изменится в условиях отсутствия разомкнутой цепи. Фактически, экспериментальная реализация трехэлектродных ячеек является сложной задачей; Измеренные импедансы полуэлементов на самом деле подвержены ошибкам, и их интерпретация весьма сомнительна.
В предыдущей публикации мы рассмотрели часто используемые Т-клетки Swagelok с помощью экспериментов и моделирования методом конечных элементов (МКЭ).Это доказало, что «идеальная» симметрия рабочего и противоэлектродного электродов имеет первостепенное значение, но не может быть надежно реализована на практике. 5 Мы указали, что расположение и форма электрода сравнения могут минимизировать или полностью избежать артефактов измерения.
Между тем, описанные эффекты также изучались другими группами. Поэтому ниже мы сосредоточимся на публикациях о различных аспектах электродов сравнения, опубликованных в период с 2012 по 2016 годы.
Levi et al. 6 подтвердил, что (а) Т-образная ячейка Swagelok с точечным эталоном менее подходит для безошибочных измерений импеданса, лишь немного уступая (б) кольцевому электроду сравнения от Hohsen и (в) монетным ячейкам с острием. -подобный электрод сравнения, расположенный на краю электродов. Авторы приходят к выводу, что артефакты, возникающие при расположении a, b и c, почти неизбежны, и поэтому они рекомендуют измерения импеданса в симметричных двухэлектродных ячейках.
С другой стороны, предлагались и трехэлектродные ячейки с модификациями.Klink et al. 7,8 описывают элемент Swagelok типа с коаксиальным литиевым электродом сравнения 0,5 мм. Такое расположение менее подвержено ошибкам по сравнению с точечным электродом сравнения, если электроды точно выровнены, используется стекловолоконный сепаратор толщиной 400 мкм и боковые поверхности электродов не смачиваются электролитом.
Delacourt et al. 9 предлагают аналогичную коаксиальную трехэлектродную компоновку, реализованную в монетном элементе, где электрод сравнения был расположен за центральным отверстием в противоэлектроде.Они обнаружили, что важно, чтобы и рабочий, и противоэлектрод имели центральное отверстие для сохранения симметрии. В противном случае результирующий радиальный ток к центру противоэлектрода приведет к искажению спектров импеданса и индукционным артефактам. Они снова подчеркивают важность точного контроля совмещения электродов.
Periyapperuma et al. 10 использовали вакуумные фитинги Conflat для создания термостойких трехэлектродных ячеек. Они оснащены кольцевым электродом сравнения, который, как предполагается, хорошо подходит для исследований полимерных электролитов при повышенных температурах.Они продемонстрировали стабильные результаты циклирования, но не были показаны спектры импеданса.
Hoshi et al. 11 оценили положение точечного электрода сравнения, используя моделирование методом МКЭ. Они наблюдали искажения и индукционные петли в спектрах, вызванные электрохимической асимметрией между рабочим электродом и противоэлектродом. Лучшее размещение электрода сравнения было определено как снаружи рабочего и противоэлектрода. Однако они не исследовали эффект геометрической асимметрии, которая (в большинстве случаев и насколько нам известно) дисквалифицирует точечный электрод сравнения, расположенный вне рабочего и противоэлектродов.
Buenzli et al. 12 исследовали конструкцию с коаксиальным электродом сравнения, центрированным относительно одного из кольцевых основных электродов. Они продемонстрировали хорошую циклическую стабильность и минимальное влияние на импеданс рабочего электрода, пока значение импеданса противоэлектрода ниже, чем импеданс рабочего электрода. При наличии этого ограничения механизм ошибок по-прежнему активен, но довольно эффективно сокращается.
La Mantia et al. 13 оценили LiFePO 4 и Li 4 Ti 5 O 12 , нанесенный на алюминиевую сетку в качестве электрода сравнения в трехэлектродной ячейке.Стабильный потенциал наблюдался для обоих материалов RE в двухфазной области, хотя эталонный потенциал Li 4 Ti 5 O 12 имеет тенденцию дрейфовать со временем, в то время как эталон LiFePO 4 оставался стабильным в течение нескольких недель. Было показано, что импеданс электрода сравнения был на порядок меньше импеданса соответствующих литиевых электродов. В более поздней работе Hashemi и La Mantia, 14 , была продемонстрирована пригодность стальной сетки с покрытием LiFePO 4 в качестве электрода сравнения в трехэлектродной ячейке с использованием симметричной конфигурации LiFePO 4 .
В целом, эти исследования добавили значительного понимания того, как материал, конструкция и размещение электрода сравнения влияют на измерения импедансной спектроскопии в трехэлектродных установках и / или уменьшили величину искажений и артефактов.
Однако, по нашему мнению, первопричины все еще недостаточно изучены, сравнительно не оценены или не доказаны экспериментально.
По этой причине мы продолжили моделирование методом МКЭ и экспериментальные исследования (о которых сообщается в работе.5), теперь с использованием трехэлектродных ячеек с диаметром электрода 18 мм, которые, как доказано, дают лучшие результаты измерения импеданса и более высокую воспроизводимость. Элементы собираются либо в корпусе ECC-Ref из EL-Cell 15 , либо в нашем индивидуальном корпусе с такой же геометрией электродов. Обе трехэлектродные установки преимущественно подходят для электродов сравнения из различных материалов, конструкции и размещения.
Первая часть нашей статьи (Часть I) повторно исследует два соответствующих механизма ошибок, электрохимическую и геометрическую асимметрию, с помощью моделирования методом конечных элементов, уделяя особое внимание пониманию механизма, который приводит к артефактам в спектрах импеданса.Это моделирование выполнено с использованием геометрии трехэлектродного корпуса ECC-Ref от EL-Cell с большими электродами (диаметр 18 мм) вместо ячейки Swagelok T-типа (диаметр 12 мм). Наши результаты будут использованы для оценки пригодности трех различных геометрий электродов сравнения: (а) точечный, (б) проволочный и (в) сетчатый электрод сравнения.
Хотя точечный электрод сравнения, по-видимому, является современным в экспериментальных трехэлектродных установках, проволочный электрод сравнения в основном использовался в более крупных ячейках 16,17 , где они показали надежные результаты.Применение сетчатого электрода сравнения пока не получило широкого распространения.
Во второй части нашего вклада (Часть II) сначала описывается наша изготовленная на заказ трехэлектродная установка с такими же размерами ячейки, как у EL-Cell, а затем обработка электрода сравнения с использованием алюминиевой сетки, покрытой Li 4 Ti 5 O 12 порошка, и, наконец, подтверждение наших расчетов методом конечных микроскопов с точки зрения экспериментально измеренных спектров импеданса полуячейки и полной ячейки.
Трехэлектродный корпус ECC-Ref от EL-Cell 15 служит базовой установкой для наших исследований. Он был выбран из-за большего диаметра электрода, составляющего 18 мм (по сравнению со стандартными ячейками Swagelok), его воспроизводимости и надежности, а также возможности реализации электродов сравнения другой геометрии.
Модель FEM, использованная в данной работе, аналогична модели, уже использованной для исследования конструкции Т-лимфоцитов Swagelok. 5 Он состоит из четырех доменов (рис. 1а), рабочего, противоэлектрода и электрода сравнения, соединенных фазой электролита.Природа модели чисто электрическая, она отражает электрические проводимости электродов и электролита, которые связаны выражениями для импеданса интерфейса. Модель не покрывает ни микроструктуру электродов, ни процессы диффузии электролита.
На рисунке 1 показано схематическое представление модели МКЭ, а также ее геометрии (реализованной в COMSOL Multiphysics 4.3b). В базовой конфигурации рабочий электрод (WE), противоэлектрод (CE) и электролит имеют форму диска диаметром 18 мм.Их соответствующие толщины, используемые в модели, составляют 0,1 мм, 0,4 мм и 1,5 мм, что приблизительно соответствует реальным размерам корпуса ECC-Ref от EL-Cell. Соответственно, электрод сравнения моделируется как небольшой цилиндр, расположенный на высоте 0,9 мм над дном многослойной ячейки, что соответствует вертикальному положению на одной трети толщины сепаратора. Диаметр электрода сравнения составляет 0,3 мм, и он выступает на 0,1 мм в электролит, напоминая литий, который слегка вдавливается в сепаратор.
Электропроводность каждого компонента была указана (Таблица I). Нижняя граница противоэлектрода была заземлена, а плотность тока была приложена к верхней границе рабочего электрода. На границах раздела электрод-электролит связь определялась заданием плотности тока. В случае рабочего электрода это
Таблица I. Электрические параметры электродов, электролита и их соответствующих интерфейсов, используемых в базовой модели.Отклонения от этих параметров приведены для индивидуальных расчетов.
| параметр | значение |
|---|---|
| σ WE | 10 3 Sm – 1 |
| σ CE | 10 3 Sm – 1 |
| σ RE | 10 3 Sm – 1 |
| σ EL | 1 См – 1 |
| ρ WE | 8 Ом см 2 |
| ρ CE | 16 Ом см 2 |
| ρ RE | 10 Ом см 2 |
| ω WE | 10 Гц |
| ω CE | 1 кГц |
| ω RE | 10 кГц |
| C WE | 10 4 Fcm -2 |
| n WE | 0.8 |
Каждый электрод может быть указан с произвольным выражением импеданса, Z i , например в случае рабочего электрода
, где ρ WE – удельное сопротивление площади, ω – частота и ω WE – характеристическая частота вклада сопротивления. Характеристическая частота ω = 2π ( R C ) – 1 была использована здесь для описания RC-элемента вместо емкости, так что обсуждение различных частотных характеристик WE и CE становится более понятным.Для RC-элемента он описывает частоту, на которой абсолютное значение мнимой части импеданса является максимальным. Вторая часть уравнения представляет поведение емкости с постоянной фазой, где C WE является соответствующей емкостью, а n WE – показателем степени, определяющим наклон элемента постоянной фазы. Эта модель эквивалентной схемы была выбрана для представления основных характеристик импеданса WE, которые представляют собой процесс поляризации и емкостное поведение.Он не предназначен для описания физических процессов и был выбран вместо модели Рэндлса для упрощения реализации.
Для противоэлектрода и электрода сравнения в качестве модели эквивалентной схемы используется резистор, включенный параллельно конденсатору. В случае CE это описывает электроосаждение на литиевом электроде, что также справедливо для точечных электродов сравнения из металлического лития или проволочных электродов с литиевым покрытием. Как указывалось во введении, покрытие Li 4 Ti 5 O 12 будет рассматриваться в качестве сетчатого электрода сравнения.Несмотря на то, что литий внедряется в активный материал, потенциал остается постоянным из-за механизма двухфазной реакции. Это соответствует бесконечной дифференциальной емкости. С точки зрения упрощенной системы, Li 4 Ti 5 O 12 в двухфазном режиме ведет себя как металлический литиевый электрод с другим потенциалом. Поэтому мы используем ту же модель эквивалентной схемы только с одним RC-элементом и для сетчатого электрода сравнения.
Параметры, использованные при моделировании, можно найти в Таблице I.Значения параметров были выбраны подобными типичным значениям, полученным с коммерческими электродами.
Все моделирование проводилось на четырехъядерном настольном компьютере с 12 ГБ памяти. Каждая симуляция состоит из 35 стационарных симуляций в частотном пространстве, охватывающем диапазон от 10 6 до 10 -1 Гц.
В нашей более ранней работе 5 мы разделили наблюдаемые артефакты на две категории в зависимости от причины возникновения; либо геометрическая, либо электрохимическая асимметрия.Механизмы, которые приводят к артефактам, обсуждаются позже более подробно.
Радиальный поток тока (геометрическая асимметрия)
Первый механизм, вызывающий артефакты в спектрах импеданса, вызван радиальным потоком тока в месте расположения электрода сравнения и происходит из того, что мы назвали геометрической асимметрией в нашей предыдущей статье. 5 На рис. 2 представлены двухмерные модели для визуализации того, как это происходит. Для этого моделирования предполагалась электрохимическая симметрия, в результате чего были получены два импеданса полуячейки точно такого же размера и формы.
Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 2. Моделирование WE и CE с идентичными электрическими параметрами (одинаковое сопротивление и характеристические частоты). Если система геометрически симметрична (а), два импеданса полуячейки эквивалентны. В случае геометрической асимметрии (один электрод на 0,5 мм меньше другого) (b, c) плотность тока в электролите имеет радиальную составляющую в месте расположения электрода сравнения.Это приводит к передаче части импеданса от одного электрода к другому (эффект масштабирования).
Для 2D-моделирования была принята длина электрода 10 мм с разделителем толщиной 1 мм. Электрод сравнения контактирует с сепаратором в середине его толщины на длине 0,2 мм. Удельный импеданс площади был установлен равным 10 Ом · см 2 с характеристической частотой 1 кГц для рабочего и противоэлектрода и 10 Ом · см 2 с характеристической частотой 10 кГц для электрода сравнения.Эти значения были выбраны для демонстрационных целей и не описывают конкретный электрод, даже если они были выбраны так, чтобы они были подобны значениям, наблюдаемым при измерениях. Все остальные параметры и условия были установлены, как описано в разделе корпуса ячейки и модели FEM и в таблице I. Частота, используемая для создания графиков эквипотенциальной линии, составляет 0,1 Гц, если не указано иное.
Если рабочий электрод WE, противоэлектрод CE и электролит равны по длине и хорошо выровнены друг с другом, эквипотенциальные линии внутри электролита и в месте расположения электрода сравнения параллельны (см. Рисунок 2a).
Если противоэлектрод (Рисунок 2b) или рабочий электрод (Рисунок 2c) имеют длину менее 10 мм (даже на 0,5 мм, как в этом случае), эквипотенциальные линии внутри электролита изгибаются в сторону более короткого электрода, что указывает на поперечный вклад в плотность тока в месте расположения электрода сравнения. Это приводит к несовпадению номинально равных двух импедансов противоэлектрода и рабочего электрода, возникающего из-за частичного переноса импеданса между двумя электродами.Поскольку для CE и WE были выбраны одинаковые постоянные времени, это искажение становится очевидным при изменении размера импеданса полуячейки, также называемом эффектом масштабирования. То, происходит ли этот перенос от встречного электрода к рабочему или наоборот, определяется направлением асимметрии, то есть каким электродом ближе к электроду сравнения.
Неоднородное распределение тока в электролите (электрохимическая асимметрия)
Второй механизм, вызывающий артефакты в спектрах импеданса, возникает из-за неоднородной плотности тока в электролите в месте расположения электрода сравнения.Это то, что мы назвали электрической асимметрией в нашей предыдущей статье, 5 , и которую мы более точно называем электрохимической асимметрией в этой статье. Поскольку каждая реальная электрохимическая система, исследуемая методом импедансной спектроскопии, обычно состоит из двух разных электродов, понимание влияния электрохимической асимметрии на измерения трехэлектродного импеданса имеет решающее значение.
Параметры моделирования такие же, как в разделе Радиальный поток тока (геометрическая асимметрия), за исключением того, что характеристические частоты теперь выбраны равными 100 Гц для рабочего электрода, 10 кГц для противоэлектрода и 1 кГц для электрода сравнения.
Если геометрические условия идеальны (одинаковые размеры для рабочего электрода, противоэлектрода и сепаратора, все идеально выровнены), искажения импедансов полуэлементов не наблюдается (рис. 3a). К счастью, это означает, что электрохимическая асимметрия, возникающая из-за различных материалов электродов, не является внутренней проблемой. Но как только пропитанный жидким электролитом сепараторный диск больше исследуемых электродов, это становится проблематичным. В этом случае эквипотенциальные линии заходят и изгибаются в перекрывающуюся часть электролита, указывая на неоднородную плотность тока (рис. 3b).Более того, фактическая плотность тока в этой части электролита определяется импедансами на границе раздела противоэлектродного и рабочего электрода, которые зависят от частоты. Это приводит к тому, что форма эквипотенциальных линий зависит от частоты, а вместе с тем и к зависящему от частоты потенциалу электрода сравнения (более подробную информацию см. В следующем абзаце и на Рисунке 4). Таким образом, частотно-зависимая часть падения потенциала электролита увеличивает измеренные импедансы рабочего или противоэлектрода.Следовательно, этот тип искажения / артефакта зависит от сопротивления электролита. На рисунках 3b и 3c показано такое же геометрическое расположение, но сопротивление электролита отличается в три раза (проводимость 1,0 и 0,33 Sm – 1 ). Артефакты на рисунке 3c сохраняют свою форму, будучи в три раза больше, что пропорционально омической части полного импеданса ячейки.
Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 3. Моделирование WE и CE с электрохимической асимметрией (одинаковое сопротивление, но разные характеристические частоты). В случае однородной плотности тока электролита в месте расположения электрода сравнения (а) импедансы полуэлементов точно соответствуют теоретически ожидаемому внешнему виду. Если разделительный диск (пропитанный жидким электролитом) превышает длину электродов (b), в месте расположения электрода сравнения возникает неоднородная плотность тока. Это также приводит к переносу части импедансов электродов с одного электрода на другой, вызванного частотно-зависимым потенциалом RE.Эффект становится еще более выраженным (в), если сопротивление электролита становится больше
Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 4. Визуализация эквипотенциальных линий (a-c) для разных частот с центральной эквипотенциальной линией, выделенной красным. Если потенциал электрода сравнения (потенциал электролита в положении электрода сравнения) отображается в зависимости от частоты (d), он показывает ожидаемое поведение около 10 4 Гц , возникающее из-за увеличения импеданса противоэлектрода.Кроме того, можно увидеть выброс (красный эллипс) потенциала около 10 3 Гц , вызванный частотно-зависимым искажением потенциала.
На рисунке 4 показана визуализация эквипотенциальных линий из моделирования, показанного на рисунке 3b. На низких частотах (почти в условиях постоянного тока) эквивалентная поляризация противоэлектрода и рабочего электрода приводит к тому, что эквипотенциальные линии имеют симметричную форму (рис. 4a). С увеличением частоты центральная эквипотенциальная линия изгибается к противоэлектроду, что приводит к максимально асимметричной форме на частоте около 1 кГц (рис. 4b).При дальнейшем увеличении частоты центральная эквипотенциальная линия смещается назад к электроду сравнения (рис. 4c). Такое поведение приводит к зависящему от частоты потенциалу электрода сравнения, как показано на рисунке 4d. Построенный на графике потенциал рассчитывается как разность между гипотетическими RE лития и CE лития, которая была определена как 0 В. На высоких частотах он показывает ожидаемое поведение сдвига потенциала примерно на 10 4 Гц , происходящее от увеличение импеданса противоэлектрода.Искажение эквипотенциальных линий около 10 3 Гц приводит к превышению потенциала (выделено красным эллипсом) до того, как он приближается к низкочастотному пределу.
Моделирование методом МКЭ доказало, что геометрические и электрохимические асимметрии вызывают искажения в импедансах полуэлементов трехэлектродных схем. В обоих случаях эквипотенциальные линии в электролите больше не были параллельны положению электрода сравнения, который расположен на внешнем крае электродов.Двумя основными механизмами являются (1) поперечный ток в положении электрода сравнения, который вызывает искажения, приписываемые геометрической асимметрии, и (2) частотно-зависимая неоднородность плотности тока в положении электрода сравнения, которая вызывает искажения. приписывают электрохимической асимметрии.
Помня о двух основных механизмах, электроды сравнения, различающиеся по форме и расположению, будут оценены в следующем разделе.
Три различных геометрии электрода сравнения будут сравниваться в следующих разделах: точечный электрод сравнения, используемый в стандартном корпусе EL-Cell ECC-Ref (Рисунок 5a), проволочный электрод сравнения (Рисунок 5b) и сетчатый электрод сравнения. (Рисунок 5c).
Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 5. Визуализация трех различных геометрий эталонного электрода: точечный эталон (a), эталонный провод (b) и эталон сетки (c).
Три геометрии были выбраны, потому что все они могут быть реализованы в корпусе EL-Cell ECC-Ref. Кроме того, не требуется никакой дополнительной подготовки, такой как вырезание концентрического отверстия в одном или обоих из рабочего и противоэлектрода, что обещает более простую и менее подверженную ошибкам сборку ячейки.
Для моделирования методом конечных элементов предполагается, что электрод сравнения является электрохимически активным с удельным сопротивлением площади, аналогичным рабочему и противоэлектроду. Из-за меньшей площади абсолютное сопротивление электрода сравнения, конечно, намного выше (примерно 15 к Ом для точечного сравнения). Тема выбора подходящего материала электрода сравнения здесь не рассматривается, но рассматривается во второй части статьи (часть II).
Поскольку трехэлектродная система обычно используется для изучения реальных электрохимических ячеек, где мы почти никогда не можем найти идентичные электроды, мы пренебрегаем электрохимически симметричным случаем с этого момента и начинаем с разных электрохимических параметров для рабочего и противоэлектрода.Параметры перечислены в Таблице I, в то время как рабочий электрод демонстрирует емкостное поведение в дополнение к процессу поляризации.
Точечный электрод сравнения
В идеальном случае не было бы геометрической асимметрии между контрольным и рабочим электродами. Это означает, что разделитель будет точно такого же размера, что и два электрода, и все они будут идеально выровнены. Помня о нашем обсуждении причин артефактов в разделе «Основные механизмы, приводящие к искажениям спектров импеданса», не ожидается ни радиальной составляющей тока, ни неоднородности тока на краю электродов.Следовательно, не должно быть искажений импедансов полуэлементов, что подтверждается моделированием, показанным на рисунке 6a.
Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 6. Моделирование различных сборок с использованием стандартного (точечного) электрода сравнения в корпусе EL-Cell. Все модели имеют идентичные электрические параметры, различаются только их геометрической схемой: (a) WE, CE и сепаратор имеют одинаковый размер – 18 мм в диаметре, (b) CE – диаметр 17.5 мм, (c) CE с диаметром 17,5 мм и дополнительным смещением на 0,25 мм от электрода сравнения и (d) как WE, так и CE с диаметром 17,5 мм, центрированные лицом к лицу.
В действительности практически невозможно получить идеально выровненные рабочий и противоэлектродный электроды с одинаковыми размерами, особенно при использовании металлического литиевого противоэлектрода. Металлический литий часто застревает в корпусе элемента, поэтому противоэлектрод обычно вырубается с немного меньшим диаметром, чтобы упростить сборку и снизить риск коротких замыканий.Тем самым мы сознательно вводим геометрическую асимметрию, а также дополнительную степень свободы. В зависимости от конструкции ячейки литиевый противоэлектрод иногда пробивается большего диаметра, чем рабочий электрод. Поскольку основная аргументация с точки зрения геометрической асимметрии остается прежней, мы сосредоточимся здесь на обсуждении меньших диаметров, что характерно для рассматриваемых корпусов ячеек.
Как показано на рисунке 6b, даже хорошо выровненный противоэлектрод диаметром 17.5 мм приводит к артефактам, вызванным сочетанием электрохимической и геометрической асимметрии. Это ухудшается, если противоэлектрод смещен от электрода сравнения на 0,25 мм (рисунок 6c), что соответствует наихудшему случаю геометрической асимметрии в этой конфигурации.
Даже если оба электрода имеют одинаковый диаметр (17,5 мм) и идеально соосно выровнены, неоднородный ток в сепараторе приводит к искажениям импеданса на половину ячейки (рис. 6d), возникающим из-за электрохимической асимметрии.Из-за изменений в активных площадях электродов импедансы слегка изменяются, что лучше всего наблюдается на низкочастотном конце полного сопротивления ячейки. Поскольку значения представлены как значения для конкретных площадей, соответствующая активная поверхность рабочего электрода использовалась для расчета во всех четырех случаях.
Даже несмотря на то, что идеальная установка (рис. 6a) хорошо работает при моделировании, практически невозможно надежно контролировать выравнивание электродов с точностью более 0,25 мм (как известно каждому, кто когда-либо собирал ячейку в перчаточном ящике).Кроме того, мягкая и липкая природа металлического лития делает невозможным изготовление литиевого электрода с аккуратным краем, который не проявляет электрохимической активности на внешнем крае электрода. Эти закругленные края могут даже ухудшить неоднородную и радиальную плотность тока, усиливая искажения импеданса.
Проволочный электрод сравнения
Если мы продолжим точечный электрод сравнения, пока он не кончится в центре электролита, мы получим провод электрода сравнения.Он имеет такой же диаметр 0,3 мм, что и острие электрода сравнения, и длину 9 мм. С увеличением активной площади электрода сравнения ожидается меньше краевых эффектов. Таким образом, мы начинаем с провода, вся поверхность которого электрохимически активна. Кроме того, этот случай также является наиболее простым в реализации.
В случае симметричной схемы (рис. 7a), при моделировании искажений импеданса не наблюдается. Опять же, если противоэлектрод меньше рабочего электрода, искажения, наблюдаемые для точечного электрода сравнения, сводятся к минимуму для проволочного электрода сравнения (рис. 7b).Даже если противоэлектрод дополнительно сдвинуть, искажения импеданса незначительны (рис. 7c).
Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 7. Моделирование различных сборок проволочных электродов сравнения. Все модели имеют идентичные электрические параметры, различаются только их геометрической схемой: (a) WE, CE и сепаратор имеют точно такой же размер 18 мм в диаметре, (b) CE диаметром 17.5 мм, (c) CE с диаметром 17,5 мм и дополнительным смещением на 0,25 мм от электрода сравнения и (d) то же самое, что и раньше, но только кончик проволоки сравнения является электрохимически активным.
Для проверки случая эталонного изолированного провода (когда электрохимически активен только кончик провода) на боковой поверхности устанавливаются изолирующие граничные условия. Это соответствует точечному электроду сравнения, расположенному на оси многослойной ячейки. Опять же, искажения импеданса половины ячейки незначительны.Различие в появлении небольших артефактов на рисунках 7c и 7d можно объяснить вкладом геометрической асимметрии, когда активен весь провод, который отсутствует, если активен только наконечник.
В целом, моделирование с проволочным электродом сравнения дает многообещающие результаты. Прежде чем мы обсудим, как такая система может быть реализована, представлены модели для эталонной сетки.
Сетчатый электрод сравнения
При моделировании сетчатого электрода сравнения точечный или проволочный электрод сравнения был заменен сеткой в том же вертикальном положении.Параметры рабочего электрода и противоэлектрода снова поддерживались постоянными, а также толщина электролита.
При моделировании учитывались две различные геометрии сетки. Первая представляет собой толстую и плотную сетку, показанную на рисунке 8a, с толщиной проволоки 0,2 мм и шириной зазора 0,5 мм. В этом случае открытая площадь сетки составляет 51%. Удельное сопротивление переносу заряда на поверхности сетки было установлено равным 10 Ом см 2 с характеристической частотой 10 кГц.
Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 8. Геометрии, использованные для моделирования сетчатого электрода сравнения, показанного на рисунке 9, с электродом сравнения, выделенным красным. Первая толстая и плотная сетка (а) использовалась только для первого моделирования, чтобы продемонстрировать эффект слишком плотной и толстой сетки. Вторая тонкая и разреженная сетка (b) использовалась для моделирования всех остальных сетчатых электродов сравнения.
Моделирование импеданса этой геометрии сетки при симметричном выравнивании показывает дополнительный высокочастотный полукруг, возникающий из импеданса электрода сравнения (рис. 9a). Это представляет собой фундаментальное отличие от других геометрий электродов сравнения, где импеданс электрода сравнения не имеет значения. Вклад импеданса электрода сравнения, который также присутствует в полном импедансе ячейки, существует из-за двух параллельных путей тока. Ионы могут перемещаться в электролите через отверстия сетки или могут происходить реакции окисления и восстановления на двух сторонах сетки.Хотя на электроде сравнения происходят электрохимические реакции, поскольку здесь мы рассматриваем только периодические сигналы тока, нет проблем с поляризацией между двумя сторонами сетки.
Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 9. Моделирование различных узлов электродов сравнения с сеткой. Все модели имеют идентичные электрические параметры для рабочего и противоэлектрода, различаются только их геометрической схемой: (a) WE, CE и сепаратор имеют одинаковый размер, но с толстой и плотной сеткой и низким импедансом, (b) та же установка, что и раньше, но с тонкой и разреженной сеткой с более высоким импедансом, (c) тонкой и разреженной сеткой и CE диаметром 17.5 мм, (г) тонкая и разреженная сетка и КЭ диаметром 17,5 мм, смещенные на 0,25 мм относительно ПВ (от электрода сравнения).
Упрощенно, вклад импеданса сетки и электролита в порах можно записать как
, если предполагается, что электронная проводимость сетки намного выше, чем проводимость электролита. R CT – сопротивление переносу заряда сетки (сумма верхней и нижней стороны), а τ – ее характерная постоянная времени. R EL – вклад импеданса электролита внутри отверстий сетки. Во второй форме уравнения видно, что он по-прежнему представляет собой RC-элемент. Величину этого вклада в импеданс можно уменьшить за счет уменьшения сопротивления электролита в отверстиях сетки, R EL . Постоянная времени может быть сдвинута на меньшие значения (более высокие частоты), если R EL уменьшается или если R CT увеличивается.
Чтобы реализовать и то, и другое, мы можем уменьшить толщину сетки и, следовательно, толщину проволоки до 0,1 мм и увеличить ширину зазора до 1 мм (рис. 8b). Эта геометрия, которую мы далее называем тонкой и разреженной сеткой, снижает сопротивление электролита (82% открытой площади) и уменьшает поверхность сетки, что приводит к более высокому сопротивлению переносу заряда. При моделировании мы можем дополнительно установить удельное сопротивление переноса заряда на уровне 100 Ом см 2 , что еще больше усилит эффект.
Благодаря этим мерам импеданс ячейки был уменьшен, а его характеристическая частота сместилась до значения выше 1 МГц. Следовательно, в смоделированных спектрах импеданса видны только вклады рабочего и противоэлектрода в импеданс (рис. 9b). Электрические и геометрические параметры электрода сравнения оставались постоянными для следующих моделей.
В случае, когда противоэлектрод имеет диаметр 17,5 мм (рисунок 9c), опять же нет видимого искажения импедансов полуэлементов.Если противоэлектрод дополнительно сдвинуть на 0,25 мм, размер импеданса полуячейки останется прежним, показывая лишь незначительные искажения (аналогично случаю проволочного электрода сравнения).
В целом результаты моделирования сеточного электрода сравнения выглядят хорошо, если выполняются два условия: (I) сетка, используемая в качестве электрода сравнения, должна быть тонкой с большим коэффициентом раскрытия. (II) Импеданс электрода сравнения не должен быть слишком низким, чтобы предотвратить протекание значительного количества тока по пути реакции окисления и восстановления.
Понимание механизмов, которые приводят к артефактам в спектрах импеданса, полученные в результате моделирования в разделе «Основные механизмы, приводящие к искажениям спектров импеданса», дает понять, что практически невозможно реализовать точечный электрод сравнения. Кроме того, чрезвычайно малая активная поверхность такого эталона делает его склонным к проблемам с контактом или к высыханию в случае недостаточного количества электролита. Для предотвращения этих проблем были исследованы проволочные и сетчатые электроды.
Проволочный электрод сравнения показал очень многообещающее поведение при моделировании. Его недостатком является возникающая неоднородность установки. Конечная толщина проволоки приводит либо к деформации электродов, либо к локально более сильному сжатию сепараторов. Кроме того, тонкая проволока очень гибкая, что может привести к трудностям совмещения двух разделителей.
В случае сетчатого электрода сравнения в спектре импеданса ячейки появляется дополнительный процесс поляризации, возникающий из-за дополнительного пути тока через сетку.К счастью, на величину и характеристическую частоту можно повлиять соответствующим выбором параметров сетки. Таким образом, этот дополнительный процесс не должен нарушать измерения (в большинстве случаев). Что касается экспериментальной реализации, эталонная сетка имеет преимущество постоянной толщины и гораздо более легкого обращения по сравнению с проволочным эталонным электродом. Вышеупомянутый дополнительный путь тока приводит к литированию и делитированию на противоположных сторонах эталонной сетки, что не является проблемой для импедансной спектроскопии (условия переменного тока) или измерений OCV.
Основываясь на этом более глубоком понимании взаимосвязи между геометрией электрода сравнения и артефактами импеданса, кратко обсуждаются две другие трехэлектродные схемы: коаксиальная установка, недавно предложенная в [4]. 7 и кольцевым электродом сравнения (как в ячейке Hohsen b , исследованной в [6]).
В коаксиальной установке пути тока в центральном канале между электродами также зависят от импеданса интерфейса. Следовательно, в этой установке также можно ожидать артефактов, возникающих из-за электрохимической асимметрии.Кроме того, если два отверстия в электродах не выровнены идеально, через это центральное отверстие протекает ток, что приводит к сдвигу потенциала электрода сравнения и, следовательно, к искажениям импеданса, как Klink et al. показали в своих исследованиях.
Кольцевой электрод сравнения может быть реализован только с разделителем большего размера, чем два электрода. Таким образом, всегда будут артефакты, вызванные электрохимической асимметрией, величина которых зависит от сопротивления электролита.Для геометрической асимметрии необходимо различать два случая для этой установки:
Во-первых, если рабочий электрод и противоэлектрод не одного размера, в месте расположения электрода сравнения присутствует радиальный ток. Это в основном тот же случай, который обсуждался ранее для точечного электрода сравнения, что приводит к искажениям импеданса.
Во-вторых, если два электрода смещены относительно друг друга, одна часть кольца находится ближе к рабочему электроду, а другая часть – ближе к противоэлектроду.Это приводит к асимметрии, противоположной двум половинам электрода сравнения, что приводит к возникновению тока через электрод сравнения. К сожалению, эффекты не компенсируют друг друга, так что в итоге в спектрах полуячейки все еще есть артефакты.
Стоит отметить, что кольцевой электрод сравнения, недавно представленный EL-Cell в их серии PAT, частично предотвращает эти проблемы. В них используется сепаратор Freudenberg Viledon FS 3005–25 толщиной 25 мкм.Для измерения импеданса они предлагают дополнительные сепараторы из стекловолокна с обеих сторон сепаратора Фройденберга. 18 Таким образом, неоднородное распределение тока, приводящее к эффектам электрохимической асимметрии, должно быть ограничено очень небольшой областью сепаратора Фройденберга и практически не должно зависеть от интерфейсных сопротивлений. Одновременно увеличивается расстояние между двумя электродами, поэтому относительное влияние геометрической асимметрии также должно уменьшаться.
Трехэлектродные ячейки могут разделить общий импеданс ячейки на две половины импеданса, используя третий электрод в качестве опорного потенциала. Электрод сравнения может быть точечным, проволочным или сетчатым. Конструкция и размещение таких электродов сравнения были изучены с помощью моделирования методом конечных элементов, которое выявило два фундаментальных эффекта, вызывающих искажения и артефакты в спектрах импеданса половинной ячейки:
- Влияние радиальной плотности тока электролита в месте расположения электрода сравнения, вызванное геометрической асимметрией.Геометрическая асимметрия возникает из-за электродов разного размера или смещения электродов друг относительно друга.
- Влияние неоднородной плотности тока в электролите. Возникновение этого эффекта ограничивается случаем, когда диаметр сепаратора (пропитанного электролитом) превышает по крайней мере один из диаметров двух электродов. Поскольку интерфейсные сопротивления на аноде и катоде изменяются с частотой, распределение тока в той части электролита, которая превышает диаметр (диаметры) электрода, также изменяется, что приводит к частотно-зависимому сдвигу потенциала электрода сравнения.
FEM-моделирование демонстрирует эти различные типы эффектов искажения в спектрах импеданса полуячейки, которые проявляются как (а) изменение размера вкладов импеданса, (б) искажение полукругов, (в) появление дополнительных процессы или (г) появление индуктивных петель.
С помощью моделирования МКЭ три типа электродов сравнения были ранжированы в соответствии с их пригодностью для получения надежных спектров импеданса полуячейки.Хотя почти невозможно избежать дефектов настройки точечного электрода сравнения (которые приводят ко всем типам артефактов), эти эффекты менее значительны при использовании редко используемого проволочного электрода сравнения. Наконец, негативные влияния могут быть почти полностью устранены с помощью новой геометрии сетки, в которой сетка должна быть как можно более тонкой и разреженной.
Для экспериментального исследования был выбран трехэлектродный корпус от EL-Cell для реализации точечной установки электродов сравнения.Сетчатый электрод сравнения реализован в корпусе ячейки собственной разработки. Эта работа представлена во второй части статьи.
Кроме того, предлагается обсуждение Li 4 Ti 5 O 12 в качестве материала электрода сравнения и изготовление сетчатого электрода сравнения, поскольку сетчатая структура не может быть изготовлена из чистого лития.
Список символов
| AC | переменный ток |
| CE | противоэлектрод |
| C i | вместимость |
| постоянного тока | постоянного тока |
| EIS | спектроскопия электрохимического импеданса |
| FEM | метод конечных элементов |
| j | плотность тока |
| LiFePO 4 | литий фосфат железа |
| Li 4 Ti 5 O 12 | Литий оксид титана |
| OCV | напряжение холостого хода |
| RC | параллельная цепь резистора и конденсатора |
| R CT | сопротивление переносу заряда |
| R EL | сопротивление электролита |
| R-RS | электрод сравнения |
| SoH | состояние здоровья |
| WE | рабочий электрод |
| Z сетка | Вклад сетки в импеданс |
Греческий
| ρ i | удельное сопротивление по площади |
| ω i | характеристическая частота |
Авторы благодарят команду EL-Cell за ценное обсуждение.Джейк Пэкхэм признателен за его терпение и высокое качество корректуры.
% PDF-1.5 % 201 0 объект > эндобдж 202 0 объект > эндобдж 199 0 объект > эндобдж 200 0 объект > эндобдж 203 0 объект > эндобдж 206 0 объект > эндобдж 207 0 объект > эндобдж 204 0 объект > эндобдж 205 0 объект > эндобдж 198 0 объект > эндобдж 191 0 объект > эндобдж 192 0 объект > эндобдж 189 0 объект > эндобдж 190 0 объект > эндобдж 193 0 объект > эндобдж 196 0 объект > эндобдж 197 0 объект > эндобдж 194 0 объект > эндобдж 195 0 объект > эндобдж 220 0 объект > эндобдж 221 0 объект > эндобдж 218 0 объект > эндобдж 219 0 объект > эндобдж 222 0 объект > эндобдж 225 0 объект > эндобдж 226 0 объект > эндобдж 223 0 объект > эндобдж 224 0 объект > эндобдж 217 0 объект > эндобдж 210 0 объект > эндобдж 211 0 объект > эндобдж 208 0 объект > эндобдж 209 0 объект > эндобдж 212 0 объект > эндобдж 215 0 объект > эндобдж 216 0 объект > эндобдж 213 0 объект > эндобдж 214 0 объект > эндобдж 163 0 объект > эндобдж 164 0 объект > эндобдж 161 0 объект > эндобдж 162 0 объект > эндобдж 165 0 объект > эндобдж 168 0 объект > эндобдж 169 0 объект > эндобдж 166 0 объект > эндобдж 167 0 объект > эндобдж 160 0 объект > эндобдж 153 0 объект > эндобдж 154 0 объект > эндобдж 151 0 объект > эндобдж 152 0 объект > эндобдж 155 0 объект > эндобдж 158 0 объект > эндобдж 159 0 объект > эндобдж 156 0 объект > эндобдж 157 0 объект > эндобдж 182 0 объект > эндобдж 183 0 объект > эндобдж 180 0 объект > эндобдж 181 0 объект > эндобдж 184 0 объект > эндобдж 187 0 объект > эндобдж 188 0 объект > эндобдж 185 0 объект > эндобдж 186 0 объект > эндобдж 179 0 объект > эндобдж 172 0 объект > эндобдж 173 0 объект > эндобдж 170 0 объект > эндобдж 171 0 объект > эндобдж 174 0 объект > эндобдж 177 0 объект > эндобдж 178 0 объект > эндобдж 175 0 объект > эндобдж 176 0 объект > эндобдж 227 0 объект > эндобдж 278 0 объект > эндобдж 279 0 объект > эндобдж 276 0 объект > эндобдж 277 0 объект > эндобдж 280 0 объект > эндобдж 283 0 объект > эндобдж 284 0 объект > эндобдж 281 0 объект > эндобдж 282 0 объект > эндобдж 275 0 объект > эндобдж 268 0 объект > эндобдж 269 0 объект > эндобдж 266 0 объект > эндобдж 267 0 объект > эндобдж 270 0 объект > эндобдж 273 0 объект > эндобдж 274 0 объект > эндобдж 271 0 объект > эндобдж 272 0 объект > эндобдж 297 0 объект > эндобдж 298 0 объект > эндобдж 295 0 объект > эндобдж 296 0 объект > эндобдж 299 0 объект > эндобдж 302 0 объект > эндобдж 303 0 объект > эндобдж 300 0 объект > эндобдж 301 0 объект > эндобдж 294 0 объект > эндобдж 287 0 объект > эндобдж 288 0 объект > эндобдж 285 0 объект > эндобдж 286 0 объект > эндобдж 289 0 объект > эндобдж 292 0 объект > эндобдж 293 0 объект > эндобдж 290 0 объект > эндобдж 291 0 объект > эндобдж 240 0 объект > эндобдж 241 0 объект > эндобдж 238 0 объект > эндобдж 239 0 объект > эндобдж 242 0 объект > эндобдж 245 0 объект > эндобдж 246 0 объект > эндобдж 243 0 объект > эндобдж 244 0 объект > эндобдж 237 0 объект > эндобдж 230 0 объект > эндобдж 231 0 объект > эндобдж 228 0 объект > эндобдж 229 0 объект > эндобдж 232 0 объект > эндобдж 235 0 объект > эндобдж 236 0 объект > эндобдж 233 0 объект > эндобдж 234 0 объект > эндобдж 259 0 объект > эндобдж 260 0 объект > эндобдж 257 0 объект > эндобдж 258 0 объект > эндобдж 261 0 объект > эндобдж 264 0 объект > эндобдж 265 0 объект > эндобдж 262 0 объект > эндобдж 263 0 объект > эндобдж 256 0 объект > эндобдж 249 0 объект > эндобдж 250 0 объект > эндобдж 247 0 объект > эндобдж 248 0 объект > эндобдж 251 0 объект > эндобдж 254 0 объект > эндобдж 255 0 объект > эндобдж 252 0 объект > эндобдж 253 0 объект > эндобдж 101 0 объект > эндобдж 100 0 объект > эндобдж 103 0 объект > эндобдж 102 0 объект > эндобдж 99 0 объект [269 0 R 270 0 R 271 0 R 272 0 R 273 0 R 276 0 R 276 0 R 276 0 R 276 0 R 276 0 R 276 0 R 276 0 R 276 0 R 276 0 R 276 0 R 276 0 R 278 0 R 280 0 R 280 0 R 280 0 R 280 0 R 280 0 R 282 0 R 282 0 R 282 0 R 282 0 R 282 0 R 282 0 R 282 0 R 282 0 R 282 0 R 282 0 R 282 0 R 284 0 R 286 0 R 286 0 R 286 0 R 286 0 R 286 0 R 286 0 R 286 0 R 286 0 R 288 0 R 288 0 R 290 0 R 290 0 R 290 0 R 290 0 R 290 0 R 290 0 R 290 0 R 292 0 R 292 0 R 292 0 R 292 0 R 292 0 R 292 0 R 292 0 R 292 0 R 292 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 294 0 R 296 0 R 296 0 R 296 0 R 296 0 R 296 0 R 296 0 R 296 0 R 296 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 298 0 R 300 0 R 300 0 R 300 0 R 300 0 R 300 0 R 300 0 R 300 0 R 302 0 R 303 0 R 303 0 R 303 0 R 303 0 R 303 0 R 303 0 R 303 0 R 303 0 R 303 0 R 303 0 R 98 0 R] эндобдж 96 0 объект > эндобдж 95 0 объект [266 0 R 267 0 R 268 0 R 94 0 R 96 0 R 97 0 R] эндобдж 98 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 110 0 объект > эндобдж 109 0 объект > эндобдж 112 0 объект > эндобдж 111 0 объект > эндобдж 108 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 104 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 106 0 объект > эндобдж 94 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 83 0 объект [110 0 R 111 0 R 112 0 R 113 0 R 114 0 R 115 0 R 116 0 R 117 0 R 118 0 R 119 0 R 120 0 R 121 0 R 122 0 R 123 0 R 124 0 R 125 0 R 126 0 R 127 0 R 127 0 R 127 0 R 127 0 R 127 0 R 128 0 R 129 0 R 129 0 R 129 0 R 129 0 R 129 0 R 129 0 R 129 0 R 130 0 R 131 0 R 131 0 R 131 0 R 131 0 R 131 0 R 132 0 R 133 0 R 134 0 R 135 0 R 136 0 R 137 0 R 138 0 R 139 0 R 82 0 R 84 0 R] эндобдж 79 0 объект [78 0 R 100 0 R 101 0 R 102 0 R 103 0 R 104 0 R 105 0 R 106 0 R 107 0 R 108 0 R 109 0 R 81 0 R] эндобдж 76 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 77 0 объект > эндобдж 91 0 объект > эндобдж 90 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 92 0 объект [264 0 R 265 0 R 91 0 R 93 0 R] эндобдж 89 0 объект [262 0 R 263 0 R 88 0 R 90 0 R] эндобдж 86 0 объект [260 0 R 261 0 R 85 0 R 87 0 R] эндобдж 85 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 113 0 объект > эндобдж 139 0 объект > эндобдж 138 0 объект > эндобдж 141 0 объект [140 0 R 145 0 R 147 0 R 149 0 R 151 0 R 153 0 R 154 0 R 157 0 R 159 0 R 161 0 R 163 0 R 165 0 R 166 0 R 169 0 R 171 0 R 173 0 R 175 0 R 177 0 R 178 0 R 181 0 R 183 0 R 185 0 R 187 0 R 189 0 R 190 0 R 193 0 R 195 0 R 197 0 R 199 0 R 201 0 R 202 0 R 205 0 R 207 0 R 209 0 R 211 0 R 213 0 R 214 0 R 217 0 R 219 0 R 221 0 R 223 0 R 225 0 R 226 0 R 231 0 R 235 0 R 236 0 R 239 0 R 241 0 R 243 0 R 245 0 R 247 0 R 248 0 R 249 0 R 250 0 R 251 0 R 252 0 R 253 0 R 254 0 R 255 0 R 256 0 R 257 0 R 258 0 R 259 0 R] эндобдж 140 0 объект > эндобдж 137 0 объект > эндобдж 134 0 объект > эндобдж 133 0 объект > эндобдж 136 0 объект > эндобдж 135 0 объект > эндобдж 148 0 объект > эндобдж 147 0 объект > эндобдж 150 0 объект > эндобдж 149 0 объект > эндобдж 146 0 объект > эндобдж 143 0 объект > эндобдж 142 0 объект > эндобдж 145 0 объект > эндобдж 144 0 объект > эндобдж 132 0 объект > эндобдж 120 0 объект > эндобдж 119 0 объект > эндобдж 122 0 объект > эндобдж 121 0 объект > эндобдж 114 0 объект > эндобдж 116 0 объект > эндобдж 115 0 объект > эндобдж 118 0 объект > эндобдж 117 0 объект > эндобдж 129 0 объект > эндобдж 128 0 объект > эндобдж 131 0 объект > эндобдж 130 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 124 0 объект > эндобдж 123 0 объект > эндобдж 126 0 объект > эндобдж 125 0 объект > эндобдж 1 0 объект > / PageMode / UseNone / ViewerPreferences> / PageLayout / SinglePage / OpenAction> >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.
