交流阻抗技術(shù)測量聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率

1、實驗 交流阻抗技術(shù)測量聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率一、實驗?zāi)康?、了解交流阻抗技術(shù)原理及應(yīng)用2、應(yīng)用交流阻抗技術(shù)測定聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率二、實驗原理交流阻抗法是一種以小振幅的正弦波電位或電流為擾動信號，疊加在外加直流電 壓上，并作用于電解池。通過測量系統(tǒng)在較寬頻率范圍的阻抗譜，獲得研究體系相關(guān)動力 學(xué)信息及電極界面結(jié)構(gòu)信息的電化學(xué)測量方法。例如，可從阻抗譜中含有時間常數(shù)個數(shù)及 其大小推測影響電極過程的狀態(tài)變化情況，可以從阻抗譜觀察電極過程中有無傳質(zhì)過程的 影響等。本實驗采用交流交流阻抗技術(shù)測量聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率。根本測試電池回路的等效電路示于圖1。其中C -是雙電層電容，由電極/電解質(zhì)界面的相

2、反電荷形成，C g是兩 個平行電極構(gòu)成的幾何電容，它的數(shù)值較雙電層電容Cdi小°Rb為電解質(zhì)的本體電阻。圖1測試電池的等效電路由圖1等效電路計算得相應(yīng)的阻抗值：Cdl RdCgCdl2CdiC2Rb(Cg Cdi)22CdCgRb2(Cg Cdl )(1)其中，實部:Z1 =(Cg2 2 2 2CdlCgRb虛部:CgCdl2CdiC2R?(Cg Cdl)2七牝2圧在低頻區(qū)3 0,式(2)簡化為cdiRZ1=(Cg Cdl )2當(dāng) Cdl >>C g 時，那么 C g / Cdl 0 得到：Z仁 Rb(4)b的直線此時圖1簡化成純電阻R b,在復(fù)平面圖上是一條垂直于實軸并

3、與實軸交于R 在高頻區(qū)3x，當(dāng)C di >>C g時式2簡化為Z1 = 1七孑慮5而式3簡化為C代-Z" = 12CgR26將式5與式6中的3削去可得式7表示的是一個以R b/2 , 0為圓心，R b/2為半徑的圓方程。在復(fù)平面圖上 表現(xiàn)為一個半圓。綜合式4和7，與圖1對應(yīng)的阻抗圖譜如圖2所示。該阻抗圖是一個標(biāo)準(zhǔn)的半圓 高頻局部，外加一條垂直于實軸Z1的直線低頻局部。圖2與圖1等效電路對應(yīng)的阻抗圖譜由圖2中直線與實軸的交點，可求出本體電解質(zhì)的電阻值FU通過測定測試電池的電極面積A與聚合物電解質(zhì)膜的厚度d,即可求的該導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率：s -1在實際聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率測量中

4、，通常得到的是由 壓扁的半圓和傾斜的尾線組成， 如圖3所示。因此僅用電阻和電容組成的等效電路 ，不能很好的解釋電極/電解質(zhì)界面雙 電層。近年來，人們采用固定相元 cpe作為等效元件來解釋阻抗數(shù)據(jù)。所謂固定相元cpe，可想象為一個漏電容，其性質(zhì)介于電阻與電容之間，其阻抗表達(dá)式為：Zcpe=K j 3 -p= K 3-p cos p n 12 -j sin pn 12 其中，0W p< 1，K為常數(shù)將固定相元cpe引入聚合物電解質(zhì)測定的等效電路中能較好地解釋圖 2與圖3阻抗圖 譜的不同。具體推導(dǎo)過程略在低頻區(qū)阻抗圖上，是一條與實軸相交于 0Q 0點并與 實軸 呈pn /2角度的一條直線，在高頻區(qū)為一旋轉(zhuǎn)放大的半圓.圖3聚合物電解質(zhì)阻抗圖、實驗步驟將一定尺寸聚合物電解質(zhì)膜夾在兩片金屬電極間， 連接好測量線路2、在電化學(xué)綜合測試儀 Solartron SI1287+SI1260 上測定樣品的交流阻抗譜。頻率