Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist ein hochmodernes Verfahren, das eine umfassende Analyse der elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften von Batterien ermöglicht. Diese Methode ist äußerst vielseitig und ermöglicht es, nicht nur Batteriezellen, sondern auch deren einzelne Komponenten wie Katalysatoren und Elektrolyte detailliert zu untersuchen und zu bewerten.
Durch die präzise Anwendung der elektrochemischen Impedanzspektroskopie lassen sich verschiedene Effekte identifizieren, die beispielsweise durch Materialschichten, Ladungstransfer, Diffusionseffekte oder die Leitfähigkeit des Elektrolyten verursacht werden können.
Ein bedeutender Vorteil dieser Methode liegt in ihrer Fähigkeit, sowohl einzelne Zellen als auch Module mit mehreren Zellen sowie das gesamte Batteriepack während des Betriebs unter verschiedenen Bedingungen zu analysieren. Dabei können unterschiedliche Betriebsbedingungen, Lastbedingungen und Strombelastungen simuliert werden, was eine präzise Bewertung der Batterieperformance ermöglicht.
Bereits in der aktuellen Praxis weisen Batterieprüflinge äußerst geringe Impedanzen auf. Jedoch nehmen die elektrochemischen Impedanzen mit der zunehmenden Vergrößerung der aktiven Fläche der Batteriezellen und der damit einhergehenden Erhöhung der Kapazität kontinuierlich ab, da die elektrochemische Impedanz invers proportional zur aktiven Fläche ist.
Das Verfahren der EIS umfasst die Anregung der Batterie mit einem sinusförmigen Modulationsstrom von bis zu ±50A. Dabei wird die resultierende Spannung über einen breiten Frequenzbereich gemessen, wobei sowohl Amplitude als auch Phase berücksichtigt werden, um eine präzise Analyse zu ermöglichen.
Das elektrochemische Impedanzspektrum einer Batterie wird maßgeblich vom Ladezustand (State of Charge, SOC) beeinflusst. Es bietet daher entscheidende Einblicke in den aktuellen Zustand der Batterie und ermöglicht eine gezielte Bewertung und Diagnose von Betriebszuständen.
