電化學(xué)工作站在電池檢測(cè)中占有重要地位,它將恒電位儀、恒電流儀和電化 學(xué)交流阻抗分析儀有機(jī)地結(jié)合,既可以做三種基本功能的常規(guī)試 驗(yàn),也可以做基于這三種基本功能的程式化試驗(yàn)。在試驗(yàn)中,既能檢測(cè)電池電壓、電流、容量等基本參數(shù),又能檢測(cè)體現(xiàn)電池反應(yīng)機(jī)理的交流阻抗參數(shù),從而完成對(duì)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(xué)測(cè)試,交流阻抗譜寬在同類(lèi)產(chǎn)品中*。
2.先進(jìn)的非線(xiàn)性阻抗擬合技術(shù),可zui有效的表征測(cè)試體系;*提供BV方程擬合工具,通過(guò)穩(wěn)態(tài)極化曲線(xiàn)可測(cè)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(xué)噪音,多池多通道,序列測(cè)量等多個(gè)功能
5.特別設(shè)計(jì)的微分電容測(cè)試技術(shù),*消除了測(cè)試曲線(xiàn)的扭曲、毛刺現(xiàn)象
6.信噪比為同類(lèi)產(chǎn)品,測(cè)試數(shù)據(jù)度位于*,重現(xiàn)性?xún)?yōu)良
7.針對(duì)大電流測(cè)試,推薦遮斷電流法技術(shù),有效的保持高頻區(qū)阻抗測(cè)試精度;特別設(shè)計(jì)的松弛伏安法(RV)使得涂層低頻區(qū)測(cè)試速度提高百倍
8.推出光電效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng),可檢測(cè)光-電流、光-電壓在不同條件下的變化,測(cè)試光電流效率、激發(fā)電子壽命及擴(kuò)散系數(shù)等
電化學(xué)阻抗譜。
1.電化學(xué)阻抗譜是一種相對(duì)來(lái)說(shuō)比較新的電化學(xué)測(cè)量技術(shù),它的發(fā)展歷史不長(zhǎng),但是發(fā)展很迅速,目前已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于電池、燃料電池以及腐蝕與防護(hù)等電化學(xué)領(lǐng)域。利用EIS可以分析電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)、雙電層和擴(kuò)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(hù)機(jī)理等。
2. 電化學(xué)阻抗譜的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和前幾章我們討論的控制電勢(shì)和控制電流技術(shù)基本類(lèi)似,也是給電化學(xué)系統(tǒng)施加一個(gè)擾動(dòng)電信號(hào),然后來(lái)觀測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng),利用響應(yīng)電信號(hào)分析系統(tǒng)的電化學(xué)性質(zhì)。所不同的是,EIS給電化學(xué)系統(tǒng)施加的擾動(dòng)電信號(hào)不是直流電勢(shì)或電流,而是一個(gè)頻率不同的小振幅的交流正弦電勢(shì)波,測(cè)量的響應(yīng)信號(hào)也不是直流電流或電勢(shì)隨時(shí)間的變化,而是交流電勢(shì)與電流信號(hào)的比值,通常稱(chēng)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??梢愿庇^的從這個(gè)示意圖來(lái)看,利用波形發(fā)生器,產(chǎn)生一個(gè)小幅正弦電勢(shì)信號(hào),通過(guò)恒電位儀,施加到電化學(xué)系統(tǒng)上,將輸出的電流/電勢(shì)信號(hào),經(jīng)過(guò)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(guò)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(xué)阻抗譜-這種方法就稱(chēng)為電化學(xué)阻抗譜法。將電化學(xué)阻抗譜技術(shù)進(jìn)一步延伸,在施加小幅正弦電勢(shì)波的同時(shí),還伴隨一個(gè)線(xiàn)性?huà)呙璧碾妱?shì), 這種技術(shù)稱(chēng)之為交流伏安法。本章只介紹電化學(xué)阻抗譜技術(shù)。由于擾動(dòng)電信號(hào)是交流信號(hào),所以電化學(xué)阻抗譜也叫做交流阻抗譜。
3. 電化學(xué)阻抗技術(shù)就是測(cè)定不同頻率?的擾動(dòng)信號(hào)X和響應(yīng)信號(hào)Y的比值,得到不同頻率下阻抗的實(shí)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(xiàn),就得到電化學(xué)阻抗譜,常用的電化學(xué)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(shí)部為橫軸,虛部的負(fù)數(shù)為縱軸,圖中的每個(gè)點(diǎn)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(xiàn),它們的橫坐標(biāo)都是頻率的對(duì)數(shù),縱坐標(biāo)一個(gè)是阻抗模值的對(duì)數(shù),另一個(gè)是阻抗的相位角。利用Nyquist plot 或者是Bode plot就可以對(duì)電化學(xué)系統(tǒng)的阻抗進(jìn)行分析,進(jìn)而獲得有用的電化學(xué)信息。
6. 一個(gè)電化學(xué)系統(tǒng)必須滿(mǎn)足如下三個(gè)基本條件,才能保證測(cè)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(hào)只是由輸入的擾動(dòng)信號(hào)引起的的。也就是 說(shuō)測(cè)量信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)之間存在*對(duì)應(yīng)的因果關(guān)系,任何其它干擾信號(hào)都必須排除。如果充分注意了電化學(xué)系統(tǒng)環(huán)境因素(比如溫度等)的控制,這個(gè)條件比較容易滿(mǎn)足。 (2)線(xiàn)性條件(linearity): 輸出的響應(yīng)信號(hào)與輸入的擾動(dòng)信號(hào)之間存在線(xiàn)性關(guān)系。通常的情況下,電化學(xué)系統(tǒng)的電流與電勢(shì)之間是不符合線(xiàn)性關(guān)系的,而是由體系的動(dòng)力學(xué)規(guī)律決定的非線(xiàn)性關(guān)系。但是,當(dāng)采用小幅度的正弦波電勢(shì)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擾動(dòng)時(shí),作為擾動(dòng)信號(hào)的電勢(shì)和響應(yīng)信號(hào)的電流之間可近似看作呈線(xiàn)性關(guān)系,從而可近似的滿(mǎn)足線(xiàn)性條件。通常作為擾動(dòng)信號(hào)的電勢(shì)正弦波的幅度在5mV左右,一般不超過(guò)10mV。 (3)穩(wěn)定性條件: 擾動(dòng)不會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,當(dāng)擾動(dòng)停止后,體系能夠回復(fù)到原先的狀態(tài)。對(duì)于可逆反應(yīng)來(lái)說(shuō),穩(wěn)定性條件比較容易滿(mǎn)足,對(duì)于不可逆的電極過(guò)程,只要電極表面的變化不是很快,當(dāng)擾動(dòng)幅度小,作用時(shí)間短,擾動(dòng)停止后,系統(tǒng)也能夠恢復(fù)到離原先狀態(tài)不遠(yuǎn)的狀態(tài)??梢越频恼J(rèn)為滿(mǎn)足穩(wěn)定性條件。對(duì)于非??焖俚碾姌O反應(yīng),或者是擾動(dòng)的頻率低,作用時(shí)間長(zhǎng)時(shí),穩(wěn)定性條件的滿(mǎn)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(gè)頻率范圍內(nèi)所測(cè)定的阻抗或?qū)Ъ{值是有限的
8. EIS法具有如下的特點(diǎn):
(1)由于采用小幅度的正弦電勢(shì)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行微擾,當(dāng)在平衡電勢(shì)附近測(cè)量時(shí),電極 上交替出現(xiàn)陽(yáng)極和陰極過(guò)程,二者作用相反,因此,即使擾動(dòng)信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間作用于電極,也不會(huì)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(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方法”。
(2)由于電勢(shì)-電流間存在線(xiàn)性關(guān)系,測(cè)量過(guò)程中電極處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),使得測(cè)量結(jié)果的數(shù) 學(xué)處理大大簡(jiǎn)化。
(3)EIS是一種頻率域測(cè)量方法,可測(cè)定的頻率范圍很寬,因而比常規(guī)方法得到更多的 動(dòng)力學(xué)信息和電極界面結(jié)構(gòu)信息。
9. 在固體電極的EIS測(cè)量中發(fā)現(xiàn),曲線(xiàn)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(chēng)為容抗弧,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“彌散效應(yīng)”,產(chǎn)生彌散的原因還不十分清楚,一般認(rèn)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(shuō),把電極界面的雙電層簡(jiǎn)單的等效為一個(gè)物理純電容式是不夠準(zhǔn)確的。