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Quantitative separation of thermal and electrochemical contributions in nonlinear EIS measurements

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Sailer, Norbert ; Totschnig, Lukas ; Steffan, Christoph ; Schmidt, Jan Philipp:
Quantitative separation of thermal and electrochemical contributions in nonlinear EIS measurements.
In: Journal of Power Sources. Bd. 691 (2026) . - 240924.
ISSN 0378-7753
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2026.240924

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Abstract

Impedance decrease during high–current excitation as in Nonlinear Electrochemical Impedance Spectroscopy (NLEIS) can arise from electrochemical nonlinearity, self–heating, or both. We developed two measurement protocols separating these contributions by exploiting distinct time scales: electrochemical nonlinearity responds quickly, while self–heating evolves slowly. The first protocol extends NLEIS frequency sweeps with auxiliary 1kHz measurements for continuous internal temperature tracking via impedance phase. The second protocol employs single–frequency measurements with alternating excitation amplitudes, enabling direct observation of fast versus slow impedance changes. Experiments on a 3.5Ah cylindrical lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) cell quantify contributions: at 5°C and 10Hz, impedance decrease is entirely electrochemical at 0.57C, while at 2.57C, temperature dependence contributes 15% and electrochemical nonlinearity 85%. At 25°C, the cell remained linear. The widely-adopted 20mV linearity criterion may be too strict: we observed linear behavior up to 280mV, 14 times the threshold.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: Nonlinear Electrochemical Impedance Spectroscopy (NLEIS); Electrochemical nonlinearity; Self–heating; Lithium–ion batteries
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Systemtechnik elektrischer Energiespeicher > Lehrstuhl Systemtechnik elektrischer Energiespeicher - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jan Philipp Schmidt
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Systemtechnik elektrischer Energiespeicher
Forschungseinrichtungen
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Eingestellt am: 06 Okt 2026 07:37
Letzte Änderung: 07 Okt 2026 07:49
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/99594