電化學工作站
電化學工作站在電池檢測中占有重要地位,它將恒電位儀、恒電流儀和電化 學交流阻抗分析儀有機地結(jié)合,既可以做三種基本功能的常規(guī)試 驗,也可以做基于這三種基本功能的程式化試驗。在試驗中,既能檢測電池電壓、電流、容量等基本參數(shù),又能檢測體現(xiàn)電池反應(yīng)機理的交流阻抗參數(shù),從而完成對多種狀態(tài)下電池參數(shù)的跟蹤和分析。
1. 提供交流阻抗及多種常規(guī)電化學測試,交流阻抗譜寬在同類產(chǎn)品中*。
2.先進的非線性阻抗擬合技術(shù),可zui有效的表征測試體系;*提供BV方程擬合工具,通過穩(wěn)態(tài)極化曲線可測定體系的基本反應(yīng)參數(shù)。
3.具有高輸入阻抗,大電流,可支持至100A電流
4.電化學噪音,多池多通道,序列測量等多個功能
5.特別設(shè)計的微分電容測試技術(shù),*消除了測試曲線的扭曲、毛刺現(xiàn)象
6.信噪比為同類產(chǎn)品,測試數(shù)據(jù)度位于*,重現(xiàn)性優(yōu)良
7.針對大電流測試,推薦遮斷電流法技術(shù),有效的保持高頻區(qū)阻抗測試精度;特別設(shè)計的松弛伏安法(RV)使得涂層低頻區(qū)測試速度提高百倍
8.推出光電效應(yīng)測試系統(tǒng),可檢測光-電流、光-電壓在不同條件下的變化,測試光電流效率、激發(fā)電子壽命及擴散系數(shù)等
電化學阻抗譜。
1.電化學阻抗譜是一種相對來說比較新的電化學測量技術(shù),它的發(fā)展歷史不長,但是發(fā)展很迅速,目前已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于電池、燃料電池以及腐蝕與防護等電化學領(lǐng)域。利用EIS可以分析電極過程動力學、雙電層和擴散等,可以研究電極材料、固體電解質(zhì)、導(dǎo)電高分子以及腐蝕防護機理等。
2. 電化學阻抗譜的設(shè)計基礎(chǔ)和前幾章我們討論的控制電勢和控制電流技術(shù)基本類似,也是給電化學系統(tǒng)施加一個擾動電信號,然后來觀測系統(tǒng)的響應(yīng),利用響應(yīng)電信號分析系統(tǒng)的電化學性質(zhì)。所不同的是,EIS給電化學系統(tǒng)施加的擾動電信號不是直流電勢或電流,而是一個頻率不同的小振幅的交流正弦電勢波,測量的響應(yīng)信號也不是直流電流或電勢隨時間的變化,而是交流電勢與電流信號的比值,通常稱之為系統(tǒng)的阻抗,隨正弦波頻率?的變化,或者是阻抗的相位角隨頻率的變化。可以更直觀的從這個示意圖來看,利用波形發(fā)生器,產(chǎn)生一個小幅正弦電勢信號,通過恒電位儀,施加到電化學系統(tǒng)上,將輸出的電流/電勢信號,經(jīng)過轉(zhuǎn)換,再利用鎖相放大器或頻譜分析儀,輸出阻抗及其模量或相位角。通過改變正弦波的頻率,可獲得一些列不同頻率下的阻抗、阻抗的模量和相位角,作圖即得電化學阻抗譜-這種方法就稱為電化學阻抗譜法。將電化學阻抗譜技術(shù)進一步延伸,在施加小幅正弦電勢波的同時,還伴隨一個線性掃描的電勢, 這種技術(shù)稱之為交流伏安法。本章只介紹電化學阻抗譜技術(shù)。由于擾動電信號是交流信號,所以電化學阻抗譜也叫做交流阻抗譜。
3. 電化學阻抗技術(shù)就是測定不同頻率?的擾動信號X和響應(yīng)信號Y的比值,得到不同頻率下阻抗的實部、虛部、模值和相位角,然后將這些量繪制成各種形式的曲線,就得到電化學阻抗譜,常用的電化學阻抗譜有兩種:一種叫做奈奎斯特圖(Nyquist plot), 一種叫做波特圖(Bode plot)。
4. Nyquist plot是以阻抗的實部為橫軸,虛部的負數(shù)為縱軸,圖中的每個點代表不同的頻率,左側(cè)的頻率高,成為高頻區(qū),右側(cè)的頻率低,成為低頻區(qū)。
5. Bode plot圖包括兩條曲線,它們的橫坐標都是頻率的對數(shù),縱坐標一個是阻抗模值的對數(shù),另一個是阻抗的相位角。利用Nyquist plot 或者是Bode plot就可以對電化學系統(tǒng)的阻抗進行分析,進而獲得有用的電化學信息。
6. 一個電化學系統(tǒng)必須滿足如下三個基本條件,才能保證測量的阻抗譜具有意義。
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7. (1)因果性條件(causality):輸出的響應(yīng)信號只是由輸入的擾動信號引起的的。也就是 說測量信號和擾動信號之間存在*對應(yīng)的因果關(guān)系,任何其它干擾信號都必須排除。如果充分注意了電化學系統(tǒng)環(huán)境因素(比如溫度等)的控制,這個條件比較容易滿足。 (2)線性條件(linearity): 輸出的響應(yīng)信號與輸入的擾動信號之間存在線性關(guān)系。通常的情況下,電化學系統(tǒng)的電流與電勢之間是不符合線性關(guān)系的,而是由體系的動力學規(guī)律決定的非線性關(guān)系。但是,當采用小幅度的正弦波電勢信號對系統(tǒng)進行擾動時,作為擾動信號的電勢和響應(yīng)信號的電流之間可近似看作呈線性關(guān)系,從而可近似的滿足線性條件。通常作為擾動信號的電勢正弦波的幅度在5mV左右,一般不超過10mV。 (3)穩(wěn)定性條件: 擾動不會引起系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,當擾動停止后,體系能夠回復(fù)到原先的狀態(tài)。對于可逆反應(yīng)來說,穩(wěn)定性條件比較容易滿足,對于不可逆的電極過程,只要電極表面的變化不是很快,當擾動幅度小,作用時間短,擾動停止后,系統(tǒng)也能夠恢復(fù)到離原先狀態(tài)不遠的狀態(tài)??梢越频恼J為滿足穩(wěn)定性條件。對于非??焖俚碾姌O反應(yīng),或者是擾動的頻率低,作用時間長時,穩(wěn)定性條件的滿足較困難,所以EIS研究快速不可逆反應(yīng)有一定困難。 有限性條件:在整個頻率范圍內(nèi)所測定的阻抗或?qū)Ъ{值是有限的
8. EIS法具有如下的特點:
(1)由于采用小幅度的正弦電勢信號對系統(tǒng)進行微擾,當在平衡電勢附近測量時,電極 上交替出現(xiàn)陽極和陰極過程,二者作用相反,因此,即使擾動信號長時間作用于電極,也不會導(dǎo)化現(xiàn)象的積累性發(fā)展和電極表面狀態(tài)的積累性變化(zui電極表面狀態(tài)的破壞作用較?。?。因此EIS法是一種“準穩(wěn)態(tài)方法”。
(2)由于電勢-電流間存在線性關(guān)系,測量過程中電極處于準穩(wěn)態(tài),使得測量結(jié)果的數(shù) 學處理大大簡化。
(3)EIS是一種頻率域測量方法,可測定的頻率范圍很寬,因而比常規(guī)方法得到更多的 動力學信息和電極界面結(jié)構(gòu)信息。
9. 在固體電極的EIS測量中發(fā)現(xiàn),曲線總是或多或少的偏離半圓軌跡,而表現(xiàn)為一段圓弧, 因此被稱為容抗弧,這種現(xiàn)象被稱為“彌散效應(yīng)”,產(chǎn)生彌散的原因還不十分清楚,一般認為同電極表面的不均勻性、電極表面的吸附層及溶液導(dǎo)電性差有關(guān)。它反映了電極雙電層偏離理想電容的性質(zhì),也就是說,把電極界面的雙電層簡單的等效為一個物理純電容式是不夠準確的。