循環(huán)伏安與交流阻抗測試課件

循環(huán)伏安與交流阻抗測試

及其分析方法

EyclicVoltammetry(CV)andElectrochemicalImpedanceSpectroscopy(EIS)

ShicaiLiCentralSouthUniversityOverviewPart1

--循環(huán)伏安曲線能給出哪些有用信息

--循環(huán)伏安曲線信息的分析Part2阻塞電極法（介電性質(zhì)表征）電化學分析應用交流阻抗曲線特征簡單讀出有用數(shù)值采用軟件擬合分析一、單掃描極譜分析法

singlesweeppolarography1.原理與裝置

單掃描極譜法（也稱為直流示波極譜法）：根據(jù)經(jīng)典極譜原理而建立起來的一種快速極譜分析方法。其基本原理如圖所示。示波器顯示電壓和電流信號大小。

掃描電壓：在直流可調(diào)電壓上疊加周期性的鋸齒型電壓（極化電壓）

示波器X軸坐標：顯示掃描電壓；Y軸坐標：擴散電流（R一定，將電壓轉變?yōu)殡娏餍盘枺㏄art1-1峰電流與峰電位的讀法Ip=2.69105n

3/2

D

1/2

V1/2

c0=Kc從峰電流的比值可以看出反應是否可逆，或判斷可逆程度。

同樣，峰電位差與掃描速度無關。故可逆反應的條件電極電位是二者的平均值Part1-1循環(huán)伏安數(shù)據(jù)分析實例Li+離子在“電極/溶液”界面的動力學ΔV增大Li+離子的擴散速率較小，快速掃描極化增大Part1-2液相中離子擴散系數(shù)計算Randles-Sevcik公式Li+在液相中的擴散系數(shù).對于擴散控制電極反應：Ip=2.69×105An3/2C0D1/2υ1/2

Ip－峰電流；A－面積(cm2)；n－電子數(shù)；υ－掃速(V·s-1).D－擴散系數(shù)(cm2·s-1).Ip-υ1/2關系圖Part1-2K=Ip/

υ1/2=2.69×105An3/2C0D1/2Part1-2StateDl/(cm2·s-1)Ds/(cm2·s-1)charge3.7V4.804×10-72.199×10-94.1V5.476×10-71.003×10-8discharge4.1V6.172×10-71.130×10-83.7V2.093×10-71.011×10-9Part1-2Cole-Cole圖含義Cole-Cole圖反映了材料體相中的離子傳導確定電子電導率交點為樣品的體電阻可計算離子電導率：σ=d/(R·S)式中σ－樣品的離子電導率(S·cm?1)；R－體電阻(Ω)；d和S分別為電極厚度(cm)和面積(cm2)活化能的計算σ,A,T,ΔE,R

Conductivitypre-exponentialtermTemperaturetheactivationenergythegasconstant,Part2-1各樣品的活化能式中σ，A，T，ΔE，和R分別表示電導率，指前因子，絕對溫度，活化能和普適氣體常數(shù)?；罨軓?.20eV降至0.16eV電子電導率與溫度之間的關系遵循阿侖尼烏斯公式：交流阻抗測試(電極過程)如電化學步驟反應速度不夠快，則通過交流電時除了濃度極化外還將出現(xiàn)電化學極化。電極表面(x=0)處的濃度波動為：Δc=sin(ωt-π/4)*I0/[nF(ωD)1/2]≤10mV(Z’-Rs–Rct/2)2+(Z’’)2＝(Rct/2)2Z’’=Z’–Rs-Rct+2σ2CdlΩ=1/CdlRctPart2-2(1)曹楚南，張鑒清,電化學阻抗譜導論,科學出版社，2002阻納的復平面(Nyquist)圖復合元件(RC)的阻抗復平面圖張鑒清,電化學阻抗譜,講義，2005R(C1R1)(C2R2)R(C1(R1(C2R2)))兩個容抗弧的阻抗譜的兩種等效電路模型使用簡單；精度不夠；Zview交流阻抗測試高頻區(qū)被壓縮了的小半圓中頻區(qū)大的半圓，低頻區(qū)Warburg阻抗Li+在SEI膜中遷移.“Li/SEI”膜界面電荷傳遞電阻雙電層電容固相擴散過程Li+在晶格中的積累.Part2-2(2)等效電路的選取扭曲變形性。采用常相位元件(CPE)取代電容(Ci).根據(jù)Z=1/B(jω)n(ω是角頻率，B為常量，n為CPE指數(shù)因子)求得n值即可表征阻抗譜的扭曲變形程度，即阻抗行為偏離電容行為的程度。

Part2-2(3)擬合效果Part2-2(3)不同電壓下測試結果及擬合結果Part2-2(3)固