電化學工作站

1、電化學工作站的原理與應用目錄1、電化學工作站的基本概述2、電化學測試方法3、電化學工作站的原理及其具體應用1.1電化學工作站的基本概述 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。國外主要的電化學工作站國外主要的電化學工作站1.2 三電極體系研究電極上電子的運動是電化學反應的基礎，為了分別對電池或電解池的陰極，陽極發(fā)生的反應進行觀察需用到三電

2、極體系。加入的電極叫做參比電極，它的作用是為了測量進行這些反應的電極電位的一個基準電極。被測定的電極叫做工作電極，與工作電極相對的電極叫做輔助電極。在三電極法中為了能夠在測定研究電極和參比電極之間電壓同時，又能任意調節(jié)研究電極的電位，最理想的設備為具有自動調節(jié)功能的恒電位儀。1.3 恒電位儀、恒電流儀的基本概念 恒電位儀是電化學測試中最重要的儀器之一，其性能的優(yōu)良直接影響電化學測試結果的準確度。由它控制電極電位為指定值，以達到恒電位極化的目的。若給以指令信號，則可使電極電位自動跟蹤指令信號而變化。 恒電流儀也是電化學測試中最重要的儀器之一，其原理與恒電位儀類似。經典恒電位電路經典恒電位電路大功

3、率大功率蓄電池和蓄電池和低阻值低阻值滑線電阻滑線電阻由運算放大器組成的恒電位電路由運算放大器組成的恒電位電路由運算放大器組成的恒電流電路由運算放大器組成的恒電流電路經典恒電流電路經典恒電流電路高電壓蓄電池組和高阻值滑線電阻2.電化學測試方法 電化學測定方法是將化學物質的變化歸結為電化學反應，也就是以體系中的電位、電流或者電量作為體系中發(fā)生化學反應的量度進行測定的方法。包括電流-電位曲線的測定；電極化學反應的電位分析，電極化學反應的電量分析；對被測對象進行微量測定的極譜分析；交流阻抗測試等。常用的電化學測試方法技術為：電流分析法(也稱為計時安培法)、差分脈沖安培法(DPA)、差分脈沖伏安法(DP

4、V)、循環(huán)伏安法(CV)、線性掃描伏安法(LSV)、常規(guī)脈沖伏安法(NPV)、方波伏安法(SWV)等。電化學實驗控制參數(shù)：初始電位初始電位終止電位終止電位掃描速度掃描速度掃描方向掃描方向掃描周期數(shù)或掃描周期數(shù)或單方向掃描單方向掃描記錄方式：伏記錄方式：伏安曲線、電流安曲線、電流時間曲線時間曲線記錄精度記錄精度正向峰電流正向峰電流iPC正向峰電位正向峰電位fPC正向半峰電位正向半峰電位fp/2C正向峰面積正向峰面積SC逆向峰電流逆向峰電流iPA逆向峰電位逆向峰電位fPA逆向半峰電位逆向半峰電位fp/2A逆向峰面積逆向峰面積SA峰電位差峰電位差Df電化學測試方法的優(yōu)點：1簡單易行?？蓪⒁话汶y以測定

5、的化學參數(shù)直接變換成容易測定的電參數(shù)加以測定。2靈敏度高。因為電化學反應是根據(jù)法拉第定律進行的，所以，即使是微量的物質變化也可以通過容易測定到的電流或電量來進行測定。3實時性好。利用高精度的特點，可以檢測出微反應量，并對其進行定量。交流阻抗的原理及應用交流阻抗方法給電化學系統(tǒng)施加一個頻率不同的小振幅的交流電壓，測量交流電勢與電流信號的比值（此比值即為系統(tǒng)的阻抗）隨正弦波頻率的變化，或者是阻抗的相位角隨的變化。進而分析電極過程動力學、雙電層和擴散等，研究電極材料、固體電解質、導電高分子以及腐蝕防護等機理。只要該體系具有雙電極，并在該雙電極上對交流電壓具有瞬時的交流電流相應特性即可。3.電化學工作

6、站的基本原理及其應用阻抗的概念電阻 Z=R0電容 Z=1/jwc電感 Z=jwL基本等效電路基本等效電路各個過程的頻率響應 純電阻， 在電場建立的同時，即可響應。這個器件對電流的響應最快。而在10000Hz的頻率下，在萬分之一秒的正向和負向之 間反轉時，電容可以看做是導線。也就是說在高頻信號時，電容可以看做不存在。那么在萬分之一秒的時間，電化學電荷傳遞過程也不會發(fā) 生。試驗證明電化學過程的響應時間和電容是接近的，而在電容和電化學過程的頻率范圍，擴散仍不會響應。因為擴散離子從電場建立，到開始運動進行擴散是需要 時間的，并且，在阻抗譜中特指的是濃差擴散，意思是必須進行電荷轉移，消耗掉離子，才會有濃

7、差，才會有濃差擴散。因此此擴散過程為控制步，在低頻處占主要 部分。 Nyquist圖中，最先響應的總是純 電阻，而后是電容和電化學反應，再其后是擴散過程。純電阻為實部最小的點，而電容和電化學反應為一個半圓，這是理想情況，如果有多個電化學反應，也就是說 有多個電荷轉移過程。那么這個半圓可能不是正圓，也可能是兩個圓。擴散阻抗表現(xiàn)為一個45度直線，這也是理想情況。如果有吸附直線會帶點傾斜。也有可能不 是45度。如果直線的較高頻率部分線性很好，而測試的截止頻率太太長的時間可能會造成狀態(tài)的改變。不同器件對頻率的響應大體是分開的，因此造成圓弧和直線的Nyquist圖。理想美好，現(xiàn)實總是殘酷的。 這種分開并

8、不是嚴格的，意味著嚴格分開的線形那么得到的擬合數(shù)據(jù)也越合理。交流阻抗方法的不足 對于同一阻抗譜，可以找到不止一個電路能滿足它的解析，而對于同一個電路，當電路中的元件參數(shù)不同時，可以得到完全不同類型的阻抗譜。循環(huán)伏安法原理 循環(huán)伏安法是在一定電位下測量體系的電流，得到伏安特性曲線。根據(jù)伏安特性曲線進行定性定量分析。如果施加的電位為等腰三角形的形式加在工作電極上，得到的電流電壓曲線包括兩個分支，如果前半部分電位向陰極方向掃描，產生還原波，那么后半部分電位向陽極方向掃描時，便產生氧化波。注：如果電極活性物質可逆性差，則氧化波與還原波的高度就不同，對稱性也較差。Cyclic voltammogramI

9、t can be considered that the substituted Li and Cu ions play an important role t o i m p r o v e b a t t e r y performance of the LiFePO4 material, which can improve the kinetics of lithium oxidation/reduction on the electrode by enlarging the c o n t a c t a r e a o f t h e particles.Charge-discharge(a) Charging/discharging curves for all samples at current density of 0.2 A g1. (b) Charging/discharging curves for all samples at current density of 20 A g1. (c) Char