10交流阻抗法(2)

合集下载

超级电容器的三种测试方法详解

超级电容器的三种测试方法详解(总2页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除超级电容器电极材料性能测试的三种常用电化学方法，欢迎大家一起交流★★★★★★★★★★关于超级电容器电极材料性能测试常用的三种电化学手段，大家一起交流交流自己的经验。

我先说说自己的蠢蠢的不成熟的经验。

不正确或者不妥的地方欢迎大家指正批评，共同交流。

希望大家都把自己的小经验，测试过程中遇到的问题后面如何解决的写出来，共同学习才能共同进步。

也希望大家可以真正的做到利用电化学板块解决自己遇到的电化学问题。

循环伏安cyclic voltammetry (CV)由CV曲线，可以直观的知道大致一下三个方面的信息Voltage window（水系电解液的电位窗口大致在1V左右，有机电解液的电位窗口会在2.5V左右）关于很多虫虫问，电位窗口应该从具体的哪个电位到哪个电位，这个应该和你的参比电极和测试体系有关。

工作站所测试的电位都应该是相对于参比电极的，所以不要纠结于为什么别人的是0-1V，而你测试的是-0.5-0.5V，这个与参比电极的本身电位（相对于氢标的电位）以及测试的体系本身有很大关系。

Specific capacitance （比电容，这个是超级电容器重要的参数之一，可以利用三种测试手段来计算，我一般都是利用恒电流充放电曲线来计算）Cycle life （超级电容器电极材料好坏的另一个比较重要的参数，因为一个很棒的电极材料应该是要做到既要有比较高的比电容又要有比较好的循环稳定性）测试的时候比较重要的测试参数：扫描速度和电位扫描范围。

电位的扫描范围，一般会在一个比较宽的范围扫描一次然后选择电容性能还比较好的区间再进行线性扫描，扫描速度会影响比电容，相同的电极材料相同测试体系扫速越大计算出的比电容会越小。

恒电流充放电galvanostatic?charge–discharge (GCD)由GCD测试曲线，一般可以得到以下几方面的信息：the change of specific capacitance（比电容的变化可以从有限多次的恒电流充放电中体现，直观的就是每次充放电曲线的放电时间的变化）degree of reversibility(由充放电曲线的对称也可以中看出电极材料充放电的可逆性)Cyclelife（循环寿命，换句话也就是随着充放电次数的增多，电极材料比电容的保持率）恒电流充放电测试过程中比较重要的测试参数有电流密度，还有充放电反转的电位值。

交流阻抗和循环伏安法

交流阻抗和循环伏安法
交流阻抗和循环伏安法是两种常用的电化学测试方法。

交流阻抗法是一种测量电化学反应过程中阻抗的方法。

通过在不同频率下施加小电信号来测量电极材料的电学阻抗，可以得出电极材料的电化学反应动力学、扩散系数、电极材料与电解质之间的界面反应等信息。

循环伏安法是一种静电化学技术，可用于研究电极材料的电化学反应和电化学反应动力学。

该方法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复
扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流-电压曲
线。

根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。

电化学测试技术——交流阻抗法

很小，可视为短路。最后电解池等效电路为：
一般两极板之间距离相比较大，视CAB是开路。
Cd Rl Rr
Z
Z
4）控制Z不发生电化学反应（选择适当），使 Z ，即
Rr 为理想极化电极，再加入大量持电解质，Rl忽略
最后等效电路为：
Cd
Rl
5）若测溶液电导，使研、辅面积很大，则可测Rl。
1．等效的含义将正弦波交流信号同时输入等效电路或电解池产生响应完全相同的信号，则C-R电子线路与电解池完全等效。交流信号相同需振幅、位相完全相同，才可与电解池等效。 2．电解池等效电路浓差极化仍用等效电路解决问题，而前面只有电化学极化才用等效电路。
A
CAB RA Cd Rl
Z
/ d
B
s s 只与极化状态有关，改变 Co C R 对比值无影响，提高C* 并不改变Rw，只有改变极化状态才会改变比值。
当
0
Rw.o Rw.R
0
Rw.o 可略
3．Zf~ 关系
(1 j ) 关系作根据 Z f R r
Zf 1

图，由斜率，截距求Rr、等。
RT 1 nF i i
二、极限简化法求Rr与Cd
1．理论依据
Z Rl 1 1 jCd Rr Rr
2 Cd Rr Rl j 2 2 2 2 2 1 Cd Rr 1 2Cd Rr
串联等效电路
Z Rs j 1 C s
根据
Z Z
令

RT n F
2 2
( 2
1
s CR
DR
1
s Co
) Do
（小幅度，平稳态）

交流阻抗谱的作图规范及作图方法

10 8 6 4 2 0
20
15 Z'' (/cm )
Z'' (/cm )
2
2
10
5
0
246281005
10
15 Z' (/cm )
2
20
25
Z' (/cm )
（a）
(b)
（2）图必须为正方形，如上图所示，横坐标轴和纵坐标的长度要相同。
L1 = L2
第一页
二、作图方法
作图方法演示过程采用 origin 8.0
第一步：导入数据或复制 Z’ 和 Z’’数据，设置 Z’为 X 轴，画图。
快捷画图选项
得到下图：可以看出 Z’轴和 Z’’轴的坐标范围不一致，横纵坐标轴的长度不一致。需要修改。
第二页
Z''
1200
1000
800
Z''
600
400
200
0 0 10 20 30 40 50 60
Z'
第二步，修改坐标参数范围。双击横坐标或纵坐标的数据，如下下图所示，
有没有发现，图很好很强大，更重要的是，它是完美的“正方形”
说明：有些细节省略，如设置坐标数值间隔，字号等、等可询问学霸、学长、。。。。
第八页
如下图所示
第五页
得到下图：横坐标这总坐标轴还是不一样长
下面还有最有一步丆很重要哟
第六页
最后一步：鼠标左键双击图中的空白处，
(3) 弹出设置选项栏，选择“Size/Spend” ，将 Width 和 Height 数值设置成相等，建议都设置成“70” 。点击 OK。

《电工技术基础与仿真(Multisim 10)》项目4单相正弦交流电路分析

p
ui
Im
sin tU m
sin(t
2
)
U m I m cos t sin t
UI sin 2t
在电感元件的交流电路中，没有任何能量消耗，只有电源与电感元件之间的能量交换，其能量交换的规模用无功功率Q来衡量，它的大小等于瞬时功率的幅值。
QL UI I 2 X L
4.2.3 纯电容电路
将开关K1闭合，K2和K3断开，分别按给定的频率值调节信号源的频率，每次在信号发生器中设置好频率后，打开仿真开关，双击万用表符号，得到测量数据，
任务3 相量法分析正弦交流电路
4.3.1 RLC串联电路 1．RLC串联电路电压电流关系 (1)瞬时关系由于电路是串联的，所以流过R、L、C三元
件的电流完全相同
1 Z1
1 Z2
（2）复阻抗并联的分流关系
I1
U Z1
I
Z Z1
I
Z2 Z1 Z2
U
I2
I Z1 Z1 Z2
I I1 I2 Z1 Z2
a）
I
U
Z
b)
4.3.3 功率因数的提高
1．提高功率因数的意义功率因数愈大，所损耗的功率也就愈小，
输电效率也就愈高。负载的功率因数愈高，发电机可提供的有
1．电压与电流的关系线性电容元件在图所示的关联方向的条件下
iC
C duc dt
i +
u
C
_
i C duc dt
C dUm sin t
dt
U mC cost
U
mC
s
in(t
2
)
据此，可得出电容元件电压与电流关系的结论：

电化学工作站10

Ref: 曹楚南的专著和论文 ,《电化学阻抗谱导论》,科学出版社, 2002
电化学研究方法与其他技术的联用
•色谱电化学 •光谱电化学法 •扫描电化学显微镜法 •电化学扫描隧道显微镜
Bode曲线图: 用阻抗模的对数和相位角 θ对共同的横坐标 logω作图所得到的曲线。
高频区：电化学极化控制低频区：扩散控制中间段：联合控制
优点：通过不同的频率区间得到各步骤的动力学参数。不需象暂态法那样进行浓度极化校正。
交流阻抗法应用
交流阻抗法特别适宜界面结构的测定。常用于研究： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 电极表面吸附固体电解质的晶界金属腐蚀电池研究芯片技术溶液电阻
1) 由于小振幅, 长时间平衡, 故精度高, 重现性好; 电极上不会有连续极化的积累(正、负交替）由于小振幅极化曲线在线性区，无二次谐波和整流，数据处理简单。
交流阻抗法的优点:
2) 3)
交流阻抗的表示方法
交流阻抗的表示方法，一般有 3种：复数平面图，频谱图 (Randles) 和Bode曲线图。频谱图：以阻抗模对ω-1/2作图所得之图为频谱图。
基于电化学工作站的电化学实验研究操作要素电化学测量的主要步骤
（一）实验条件的控制包括：电化学系统的设计；电化学方法、参数的选择（二）实验结果的测量通过计算机控制电化学工作站、电解体系运行并实时进行电化学数据采集（三）实验数据的解析
1、电解(电化学)系统电解池电极体系 2、数据采控系统计算机 3、电化学工作站
Pulse Voltammetry（脉冲伏安法）
（1） Normal-Pulse Voltammetry
（2） Differential-Pulse Voltammetry

实验一锂离子电池

实验一软包锂离子电池的制备及性能表征一、实验目的1、通过制备软包锂离子电池，掌握化学电源的工作原理和制备方法。

2、通过对制备的电池性能的测试，掌握表征电池性能的实验技术。

二、实验原理及内容设计2.1 实验原理以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。

而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。

回正极的锂离子越多，放电容量越高。

我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。

Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就像运动员一样在摇椅来回奔跑。

所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。

一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。

而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。

就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。

（1）正极正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。

正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。

充电时：LiFePO4→ Li1-x FePO4 + xLi+ + xe放电时：Li1-x FePO4+ xLi+ + xe →LiFePO4（2）负极负极材料：多采用石墨。

新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。

负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。

充电时：xLi ++ xe + C →Li x C 放电时：LixC → xLi + + xe + C电池反应：LiFePO 4+C Li 1-x FePO 4 + Li x C图1 锂离子电池结构示意图2.2 实验内容称量正极材料：LiFePO 4（活性物质）7g ，乙炔黑（导电剂）2g ，PVDF （粘结剂）1g 和有机溶剂（NMP ）约21ml ；负极材料石墨8g ，PVDF （粘结剂）1g 和有机溶剂20ml ，制备软包锂离子电池。

测量方法

用交流阻抗法，用CHI电化学分析仪测试电导率，测试过程交流微扰幅度为5 mV，频率范围为1~105 Hz。

(1) 吸碱率切取10 cm ×10 cm的原纸, 称量,记为m1 ; 浸入质量分数30%的KOH溶液中, 015 h后取出, 悬挂10 min, 称量, 记为m2 ; 吸碱率为(m2- m1 ) /m1 ×100%。

(2) 电解液保留率切取314 cm ×5 cm的原纸,称量, 记为m3 ; 浸入质量分数30%的KOH溶液中,充分浸泡后, 取出, 放在滤纸上, 再在原纸上加100g重物, 压30 s, 称量, 记为m4 ; 电解液保留率为(m4 - m3 ) /m3 ×100%。

(3) 吸碱高度每张纸切取15mm ×250mm的试样2条, 夹在试样夹上, 试样垂直地浸入温度20℃、质量分数30%的KOH溶液中准确至5mm, 015 h后,记录水爬升高度, 即为吸碱高度。

收缩率：根据GB/T 12027—2004标准[4]，裁取100 mm×100 mm样品5张，在110℃烘箱中处理1 h，然后测其纵向尺寸。

穿刺强度：根据Din 53373标准[5]，采用一个没有锐边缘的直径为1 mm的针，在穿刺强度测试仪上（深圳市新三思材料检测有限公司）以3 m/min速度刺向环状固定的薄膜，记录穿刺薄膜所需要的最大力，以g表示。

透气性：根据ASTM D726标准[6]，采用美国Gurley透气度测试仪测试，以Gurley值表示。

Gurley 为在一定压力下，50 ml气体通过微孔隔膜所需的时间，低Gurley值表明薄膜具有较好的透气性。

电解液吸附能力：参照SJ/T10171.1标准[7]，采用1 mol/L硝酸锂/碳酸乙烯酯/碳酸丙烯酯电解液，将微孔隔膜浸泡在该电解液中4 h，然后取出，悬空30 s，在电子天平上测其浸泡前后的质量，计算吸液率(吸液率=吸液量/隔膜质量×100％)。

实验阻抗

交流阻抗法研究Fe(CN)63+/Fe(CN)62+的电极反应一、实验目的1.利用阻抗法研究不同浓度铁氢化钾的电极反应.2.掌握交流阻抗的操作技术。

（我们这个是有做什么条件实验的么？即什么对什么的影响那些？）二、实验原理 1、交流阻抗电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy ，EIS ）即给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流正弦电势波，测量交流电势与电流信号的比值（系统的阻抗）随正弦波频率ω的变化，或者是阻抗的相位角φ随ω的变化. 由于扰动电信号是交流信号，所以电化学阻抗谱也叫做交流阻抗谱。

测量的响应信号是交流电势与电流信号的比值，通常称之为系统的阻抗，随正弦波频率ω的变化,或者是阻抗的相位角随频率的变化。

电化学阻抗测量技术是利用波形发生器，产生一个小幅正弦电势信号，通过恒电位仪，施加到电化学系统上，将输出的电流/电势信号，经过转换，再利用锁相放大器或频谱分析仪，输出阻抗及其模量或相位角。

通过改变正弦波的频率，可获得一些列不同频率下的阻抗、阻抗的模量和相位角，作图即得电化学阻抗谱-这种方法就称为电化学阻抗谱法。

由于扰动电信号是交流信号，所以电化学阻抗谱也叫做交流阻抗谱。

如果对系统施加一个正弦波电信号作为扰动信号，则相应地系统产生一个与扰动信号相同频率的响应信号。

通常，正弦信号()U ω被定义为0()=()sin t U U ωωω（）（1）其中，U 为电压，ω为角频率（=2f ωπ，f 为频率），t 为时间。

如果对体系施加如式(1)的正弦信号,则体系产生如式(2)的响应信号0()sin t+I I ωωθ=（）（2）其中()I ω为响应信号，0I为电压，θ为相位角。

式(1)与式(2)中的频率相同。

而体系的复阻抗*()ωZ则服从欧姆定律：*()()()iUZ eIθωωω==Z'''cos sinZ i Z Z iZθθ=+=+即'''cossinZ ZZ Zθθ==其中，1i=-，Z为模，'Z为实部，''Z为虚部。

交流阻抗测试方法

低频 0
Z = 1/ωCd
高频
lg Z =0
lg Cd = - lg ω0
φ π/2
π/4
ω∞
特征频率ω※
lg ω0
0
交流阻抗测试方法
三、浓差极化可以忽略并消除了溶液电阻的RC串联等效电路
交流阻抗测试方法
• RC串联电路的阻抗谱
lg Z = - lgω- lgCd
lg Z
斜率= -1
ω※ =1/Rl·Cd
钼钢阳极行为分析试验： • 从稳定电位随电位提高，
EIS 从规整半圆向半圆变小、低频出现第2个半圆、出现直线段等发展。 • 问题： 1)如何求腐蚀速度？ 2)EIS变化说明什么？ 3)电位再提高EIS会怎样？为什么？如何证明？
交流阻钼抗钢测试在方碱法性溶液中的阳极极化曲线及不同电位下的交流阻抗谱
一、含有吸附物质的交流阻抗
交流阻抗测试方法
• 上述吸附阻抗图中，当表征吸附过程的时间常数τ 与电极
反应时间常数RpCd值相差越大时，由于吸附形成的感抗或容抗弧越接近半圆；但当τ 接近RpCd时，表征吸附过程的
感抗或容抗弧将逐渐萎缩成与表征电化学反应的容抗弧叠合，直至最终出现一个变形的容抗弧，或称实部收缩的半圆。
0(ω=1) lgω ※
交流阻抗测试方法
二、浓差极化可以忽略并消除了溶液电阻的RC并联等效电路
Z= Z
交流阻抗测试方法
• RC并联电路的Nyquist阻抗谱
0
∞
ω
ω
0
Rp/2
Rp
交流阻抗测试方法
• RC并联电路的Bode图
Z = Rp ω※ =1/Rp·Cd
斜率= -1

实验十互感电路参数的测量

实验十互感电路参数的测量————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验十互感电路参数的测量一、实验目的1. 掌握互感电路同名端、互感系数以及耦合系数的测定方法。

2. 观察用不同材料作线圈芯以及两个线圈相对位置改变时，对互感的影响。

二、原理说明1. 判断互感线圈同名端判断两个耦合线圈的同名端在理论分析和实际工程中都具有重要的意义。

如电话机或变压器各绕组的首、末端等，都是根据同名端进行联接的。

⑴直流判别法如图10-1所示，当开关K闭合或断开瞬间，在L2中产生互感电势电压表指针会偏转。

若K闭合瞬间指针正偏，说明b端为高电位端，则L1的a端与L2的b端为同名端；若指针反偏，则a、b为异名端。

⑵等效阻抗判别法将两个耦合线圈L1和L2分别做两种不同的串联(a′与b和a′与b′相联)，用交流电桥重新测量不同串联方式的等效电感，阻抗较大的一种是顺向串联，相连的两个端点为异名端；反之，是反向串联，相连的两端点为同名端。

⑶交流判别法如图10-2所示，将两个绕组L1和L2的任意两端（如a′、b′端）联在一起，在其中的一个绕组（如L1）两端加一个低电压，另一绕组（如L2）开路，用交流电压表分别测出三个端电压U1、U2和U，若U=U1+U2，表明L1和L2为顺向串联，则a与b为异名端；若U=｜U1－U2｜，表明L1和L2为反向串联，a与b为同名端。

2. 两线圈互感系数M的测定(1)互感电势法在图10-2所示的L1侧施加低压交流电压U1，线圈L2开路，测出I1及U2。

根据互感电势E2M≈U20＝ωMI1，可求得互感系数为M＝U2 / ωI1(2)等效电感法将两个线圈分别做顺向和反向串联，并通以正弦电流，如图10-3所示，则()()[]()()[]⎩⎨⎧-+++'='++++=2M L L j ωr r I U 2M L L j ωr r I U 21212121令等效电感L=L 1+L 2+2M,L ’=L 1+L 2-2M 则互感系数M=(L-L ’)/4ω其中r 1和r 2可用欧姆表测得，再求出等效阻抗Z=I U 和z ’=''I U 从而求得等效电感L 和L ′，即可求出互感系数M 。

交流阻抗的原理

交流阻抗的原理
交流阻抗是指在交流电路中，电流和电压之间的复数比值。

它与电路元件的阻抗、电感和电容等参数密切相关。

交流电路中的电流和电压通常是随时间变化的，因此不能简单地用电阻的概念来描述电路中的阻力。

交流阻抗的概念应运而生，它是一个复数，由实部和虚部组成。

在交流电路中，阻抗可以分为电阻性阻抗、电感性阻抗和电容性阻抗。

电阻性阻抗是交流电路中电阻的阻力。

与直流电路中的电阻相似，它是由电路中的电阻性元件（如电阻器）引起的。

电感性阻抗是交流电路中电感器的阻力。

当交流电通过电感器时，电流和电压之间存在相位差，导致电感器对电流的阻碍作用，即电感性阻抗。

电容性阻抗是交流电路中电容器的阻力。

当交流电通过电容器时，电流和电压之间也存在相位差，导致电容器对电流的阻碍作用，即电容性阻抗。

根据欧姆定律，交流电路中的电压和电流满足V = IZ，其中V 表示电压，I表示电流，Z表示交流电路的阻抗。

交流阻抗的计算可以通过频率、电感值和电容值来确定。

对于纯电阻，阻抗等于电阻。

对于纯电感和纯电容，阻抗分别等于
jωL和1/jωC，其中j是虚数单位，ω是角频率，L是电感的值，C是电容的值。

通过计算交流阻抗，可以确定电路中电流和电压的相位差，以及电路的功率因数等重要参数。

交流阻抗的正确计算对于分析和设计交流电路至关重要。

阻抗匹配的方法

阻抗匹配的方法关于阻抗匹配的方法，可以从电路理论和实际应用两个方面来进行探讨。

下面将介绍10条关于阻抗匹配的方法，并详细描述它们的原理和优缺点。

1.电阻器法：电阻器法是最简单的阻抗匹配方法之一，通过串联电阻器来降低电路输入端的阻抗。

这种方法的优点是简单易用，成本低廉，但是由于串联电阻器会引入附加损耗，所以对于高频电路不太适用。

2.变压器法：变压器法是一种常用的阻抗匹配方法，通过变压器来匹配输入和输出端的阻抗。

这种方法的优点是可以实现很高的传输效率，但是对于广频应用来说，变压器会引入误差和损耗。

3.利用共模电感：利用共模电感的方法可以将输入端和输出端的阻抗进行匹配，使得传输效率更高。

这种方法的优点是能够减小误差，并且能够在高频电路中使用，但是也有一定的局限性。

4.反馈法：反馈法是一种非常有效的阻抗匹配方法，在信号源和负载之间加入反馈网络，使得输入和输出端的阻抗得到匹配。

这种方法的优点是能够减小误差，提高传输效率，但是对于高频电路来说，反馈网络会引入附加损耗。

5.单元匹配法：单元匹配法是一种分析性思维的方法，它通过分析电路元件的特性和输入输出端的阻抗，来进行阻抗匹配。

这种方法的优点是精准度高，能够针对不同的电路元件进行优化匹配，但是需要更深入的电路知识支持才能使用。

6.拓扑匹配法：拓扑匹配法是一种基于电路的结构拓扑分析的方法，通过分析电路拓扑结构来进行阻抗匹配。

这种方法的优点是可以简化电路设计，提高设计效率，但是对于复杂电路的匹配来说，拓扑匹配法可能并不适用。

7.短路管法：短路管法是一种近似匹配法，它通过引入短路管来抵消输入输出端的阻抗不匹配。

这种方法的优点是简单直接，但是由于短路管的特性会对电路带来一定的干扰，因此需要考虑干扰问题。

8.天线阻抗匹配法：天线阻抗匹配法是一种针对天线信号的阻抗匹配方法，它通过对天线阻抗进行调节，来使得天线信号能够更好地与目标设备匹配。

这种方法的优点是能够提高天线信号的传输效率，但是需要考虑阻抗调节的可行性和实际效果。

不同结构的超级电容器阻抗谱

不同结构的超级电容器阻抗谱高　飞1)　李建玲1)　苗睿瑛1)　武克忠2)　王新东1)1)北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083　2)河北师范大学化学学院,石家庄050016摘　要　研究了不对称超级电容器和碳/碳超级电容器在化成前后的阻抗谱变化规律.由锰酸锂(LiMn 2O 4,LMO )和活性碳(activated carbon ,AC )组成的不对称超级电容器经过化成,电容器的高频(10kHz )交流阻抗没有明显变化,而低频电容明显提高.不对称超级电容器由于采用电池型电极材料作为其中一极,使得其阻抗特性与碳/碳超级电容器的阻抗特性不同.通过对化成前后的超级电容器交流阻抗谱进行分析,利用复数电容和复数功率两种形式讨论了不对称超级电容器的阻抗变化规律,确定了不对称超级电容器的时间常数;通过碳/碳超级电容器与不对称超级电容器的阻抗行为的比较,说明电池型电极的引入对电容器的频率响应特性造成的影响.关键词　不对称超级电容器;交流阻抗谱;复数电容;复数功率分类号　TM 535;O 646121Impedance spectroscopy of symmetric and asymmetric supercapacitorsGA O Fei1),L I Jian 2ling1),M IA O R ui 2ying1),W U Ke 2z hong2),W A N G Xin 2dong1)1)School of Metallurgical and Ecological Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China 2)College of Chemistry ,Hebei Normal Universit y ,Shijiazhuang 050016,ChinaABSTRACT The electrochemical impedance spectroscopy of an activated carbon/activated carbon supercapacitor and an asymmetric supercapacitor before and after activation process was studied.The asymmetric supercapacitor consisted of spinal LiMn 2O 4(LMO )as a positive electrode and activated carbon (AC )as a negative electrode.After activation process ,its resistance at high frequency (10kHz )has almost no change ,but its capacitance at low frequency is greatly increased ;its frequency behavior is quite different from that of the AC/AC supercapacitor as a result of the LMO positive electrode.The impedance spectroscopy of the asymmetric superca 2pacitor before and after the activation process was studied in terms of complex capacitance and complex power ,and the relaxation time constant was determined.The impedance behaviors of the AC/AC supercapacitor and the LMO/AC asymmetric supercapacitor were compared ,showing the effect of the LMO positive electrode on the frequency response characteristics of a supercapacitor.KE Y WOR DS asymmetric supercapacitor ;impedance spectroscopy ;complex capacitance ;complex power收稿日期:2008207202基金项目:北京市自然科学基金资助项目(No.2093039) 目前,不对称电容器的研究已有很多报道:既包含水溶液体系[1-3]、有机体系[4-6],也涉及离子液体[7],选择的电极活性物质除了活性碳、碳气凝胶和碳纳米管外,还包括LiMn 2O 4、Li 4Ti 5O 12、MnO 2、V 2O 5和NiO 等多种材料;研究多数集中在电极材料的制备与表征,以及应用循环伏安法、恒流充放电和循环寿命等测试结果的分析.本文以交流阻抗法为主要研究手段,考察不同结构的超级电容器在频率响应方面的异同与性能差别.交流阻抗法(EIS )是分析超级电容器性能的基本状况和应用情况的主要方法之一.阻抗法不仅能使电容C 作为频率ω的函数加以确定,而且能定量地提供在各种频率下总阻抗Z 的实部(电阻部分)的相位信息[8].Portet 等[9]利用交流阻抗法初步研究了碳纳米管制备的碳/碳超级电容器的交流电容与电极活性物质碳纳米管含量的对应关系;Vix 2Guterl 等[10]分析了不同方法制备的活性碳电极的交流电容与频率的变化;Taberna 等[11]详细探讨了碳/碳超级电容器的交流阻抗特性,通过定义简单的超级电容器等效回路,利用复数电容和复数功率第31卷第6期2009年6月北京科技大学学报Journal of U niversity of Science and T echnology B eijingV ol.31N o.6Jun.2009讨论了超级电容器的阻抗变化,确定出体系的时间常数;K otz 等[12]通过实验确定了多孔电极的厚度对超级电容器阻抗的影响,分析了交流电容随极片厚度以及多孔电极活性物质孔径的变化规律.本文考察超级电容器化成阶段前后的交流阻抗谱的变化规律,并把不对称超级电容器和碳/碳超级电容器的交流阻抗谱进行比较研究,指出不对称超级电容器通过锰酸锂正极提高了电容器整体的能量,但同时也限制了电容器的功率性能.1　实验部分准确称取活性物质LMO 、导电碳黑(carbon black ,CB )和黏结剂(polyvinylidene 2fluorid ,PVDF ),并分别按质量分数80%、10%和10%混合,用有机溶剂(N 2methyl 2pyrrolidone ,NMP )搅拌混合成糊状,均匀涂覆在铝箔上,放置在真空干燥箱中,80℃真空干燥12h ,然后压制、切片,制成正极片;同样准确称取活性碳AC 、导电碳黑CB 和黏结剂PVDF ,按相同含量和同样实验步骤,制成极片.最后,在充满氩气的手套箱中装配.为了降低正极LMO 的极化程度,提高容量保持率,使正极LMO 适当过量,组装成LMO/AC 不对称超级电容器;活性碳极片组装成碳/碳超级电容器,电解液均为1mol ・L -1LiPF 6/EC +DMC (体积比1∶1).电容器组装完毕,搁置12h 后,采用Princeton Applied Research Model VMP2测试仪进行交流阻抗测试,交流频率范围在10kHz ～10mHz ,振幅在±5mV 以内.接着进行化成,用小电流恒流充放电三次,使电容器性能达到稳定,接着静置3h ,测试化成后的交流阻抗谱.所有交流阻抗测试均在电容器开路电压下进行.最后是恒流充放电实验,考查电容器在不同电流密度下的性能变化情况.2　结果与讨论211　化成前后的交流阻抗谱———尼奎斯特图理想的超级电容器可以视为电阻与电容的串联,其尼奎斯特图实部阻抗不变,虚部容抗随频率降低逐渐提高,表现为一条与实轴垂直的直线,如图1中的虚线所示;实际超级电容器的尼奎斯特曲线具有一定的斜率.从图1(a )可知,实验组装的碳/碳电容器交流阻抗谱的中低频部分与理想电容器很接近,具有典型的电容器特征,与实轴夹角分别为8516°和8215°,这与学者对超级电容器阻抗特性的典型区域的描述一致[12-14].碳/碳电容器阻抗包括高频极限时接触电阻R 10kHz 、碳电极表面杂质或活性碳表面含氧官能团引起的氧化还原反应产生的法拉第漏电阻R f 、双电层电容C d 和多孔结构下扩散传质控制的Warburg 阻抗,其中Warburg 阻抗又包括分布式扩散电容和等效分布式电阻EDR (equiva 2lent distributed resistance )[11],如图1(b )所示.在高频极限时,界面阻抗和Warburg 阻抗的贡献为零,所以得到的是电解液电阻、极片电阻和包装接触电阻组成的接触电阻R 10kHz ;在中低频部分时,多孔电极的孔隙结构得到充分利用,频率越低利用率越高,相应的电容越大.化成后的碳/碳电容器阻抗谱低频部分斜率略微减小,说明化成后AC 电极的微观形貌或孔隙结构发生了细小的变化.受活性碳材料和组装设备的限制,本文制作的超级电容器内阻偏大,如图1、图2中实轴部分,这不影响对电容器阻抗谱的分析.图1　碳/碳超级电容器的尼奎斯特图.(b )是(a )的高频放大图Fig.1　Nyquist plots of the AC/AC supercapacitor :(b )is a zoom of the high frequency range of (a )・547・第6期高　飞等:不同结构的超级电容器阻抗谱图2　LMO/AC 不对称超级电容器的尼奎斯特图.(b )是(a )的高频放大图Fig.2　Nyquist plots of the LMO/AC supercapacitor (Fig.2(b )is a zoom of high frequency range of Fig.2(a )) 图2是化成前后的LMO/AC 电容器的尼奎斯特图.从图1(a )与图2(a )的比较可知,化成前LMO/AC 电容器与碳/碳电容器的交流阻抗谱相似,高频时出现界面阻抗,低频时阻抗相对容抗变化很小,阻抗谱表现为典型的电容特征,化成前后低频部分与实轴夹角分别为8411°和7813°.从图2(a )、(b )可以看出,化成后LMO/AC 电容器阻抗谱发生明显改变:低频部分阻抗增大,容抗减小;中高频部分出现一段圆弧.这是因为LMO/AC 电容器引入锂离子电池正极材料LMO 作为电容器正极,LMO 在化成之前,没有经过锂离子嵌入/脱出的电化学反应,只有与电解液接触表面形成一层界面电容,所以化成前LMO/AC 电容器的尼奎斯特图与碳/碳电容器相似;化成过程中,正极材料LMO 的锂离子嵌入/脱出反应的通道形成,使LMO 得到活化,所以化成后尼奎斯特图中高频出现的圆弧对应着锂离子嵌入/脱出反应[15-16];化成后低频部分阻抗增大是因为化成后电容器内部出现了正极LMO 的电化学反应电阻,同频率域容抗减小说明化成后电容器电容值提高.同时,化成使得LMO 电极与电解液界面形成一层固体电解质导电界面膜(solid electrolyte conductor interface film ,SEI 膜),所以化成后的尼奎斯特图中,电容器高频极限时的阻抗值也略微增加.212　化成前后的波特图和尼奎斯特导纳图从图3(a )中可以看到:化成前后碳/碳电容器高频时阻抗相角变化都很小,高频相角接近0°,说明高频时电容器近似电阻元件,10Hz 以下时相角逐渐增大,在低频极限时(10mHz )相角接近90°;高频时阻抗幅值变化也很小,频率低于10Hz 时幅值迅速变大.碳/碳电容器利用活性碳与电解液界面的双电层来提供电容,充放电过程发生的是碳电极表图3　超级电容器化成前后的波特图.(a )碳/碳电容器;(b )LMO/AC 电容器Fig.3　Bode plots of the AC/AC supercapacitor (a )and the LMO/AC supercapacitor (b )before and after activation・647・北　京　科　技　大　学　学　报第31卷面自由离域电子与电解液中的溶剂化离子的相对富集和分散的物理过程,其中只有AC 电极表面的杂质或活性碳表面含氧官能团引起的小范围氧化还原反应,对于电极和电解液成分的影响极小,所以化成对于碳/碳电容器的影响很小,化成前后的波特图都与理想超级电容器很接近.LMO/AC 电容器在化成之前AC 负极表面形成双电层,LMO 正极也在表面形成界面双电层,LMO 正极相当于一个电阻,所以化成前LMO/AC电容器与碳/碳电容器的波特图比较相似,如图3(b )所示.但是化成之后,除了在AC 负极依旧形成双电层外,LMO 正极则发生了锂离子的嵌入/脱出反应,通过交流阻抗测试显示出这种单电极的电化学反应对于电容器整体频率响应的影响,在10Hz 以下的频率范围内LMO/AC 电容器的相角因为锂离子参与的电化学反应而出现了一个极值,延缓了相角的变化,同时化成虽然使电容器阻抗增加,但是容抗相对降低更多,这样明显降低了电容器的阻抗幅值,同频率域容抗降低即意味着电容值的提高.图4给出了化成前后的尼奎斯特导纳图.可以看到,化成前后碳/碳电容器的尼奎斯特导纳图没有很大变化,中低频时的大段圆弧说明碳/碳电容器的双电层吸附过程,可以认为是接触内阻与双电层电容的串联,高频时的小段弧线则对应着活性碳杂质或表面含氧官能团的法拉第反应,这种反应引起了电容器漏电流的存在.LMO/AC 电容器的尼奎斯特导纳图在化成前与碳/碳电容器导纳图相似,如图4(b )所示,也可认为是接触电阻与双电层电容的串联,但是化成后中低频分裂为两段圆弧,这是由于LMO/AC 电容器在化成后,电容器发生的LMO 正极锂离子嵌入/脱出的电化学反应与负极AC 双电层充放电的复合过程,使之不能再简单的视为电阻与电容的串联.图4　超级电容器化成前后的尼奎斯特导纳图.(a )碳/碳电容器;(b )LMO/AC 电容器Fig.4　Nyquist admittance plots of the AC/AC supercapacitor (a )and the LMO/AC supercapacitor (b )before and after activation213　交流阻抗谱分析描述电化学体系频率行为的常用方法是把体系视为一个由电感、电阻和电容元件通过串、并联组成的等效电路.超级电容器的电容随频率的变化而改变,根据Taberna 等的研究[9,11],可以从总体上把超级电容器视为一个电容元件,电容是频率的函数C (ω),写成复数形式如下:C (ω)=C ′(ω)-j C ″(ω)(1)其中,C ′(ω)=-Z ″(ω)ω|Z (ω)|2,C ″(ω)=Z ′(ω)ω|Z (ω)|2(2)围C ′(ω)的值接近恒流充放电中测出的电容器电容值;C ″(ω)是超级电容器复数电容的虚部,与超级电容器不可逆过程造成的能量损耗有关.超级电容器能够快速充放电,可以输出和反馈大功率,适合作电动车等大型设备启动、爬坡、再生制动的辅助动力源.超级电容器的功率也是频率ω的函数,复数形式S (ω)为:S (ω)=P (ω)+j Q (ω)(3)其中,P (ω)=12ωC ″(ω)|ΔV max |2,Q (ω)=-1ωC ′(ω)|ΔV |2(4)・747・第6期高　飞等:不同结构的超级电容器阻抗谱功率的变化,实部P (ω)称为有功功率(active pow 2er ,W ),反映超级电容器中电阻部分所引起的功率损耗;Q (ω)称为无功功率(reactive power ,volt 2ampere 2reactive ,var ),表示超级电容器中电容部分所能够输出的实际功率.如图5(a )中所示,高频范围时碳/碳电容器电容趋近于零,电容器近似于电阻元件;频率降低时电容器的电容逐渐增大,逐渐表现出电容元件的特征,当处于低频极限时,超级电容器近似于纯电容元件,此时电容与频率无关.化成后电容器的低频电容值有所降低,低频范围内的实部电容和虚部电容都有所下降,如图5(b ),中高频范围则没有变化.Lazzari 等[7]使用离子液体和碳气凝胶制备出碳双层电容器,分析了电容器的归一化电容(C /C 10mHz ,%)对频率的响应,结果与图5(a )类似,即AC/AC 电容器在10mHz 时达到电容极限值,10s 以内就能发挥出最大的能量储存/输出能力.图5　复数电容随频率变化图.(a )|C (ω)|;(b )C ′(ω)和C ″(ω)Fig.5　Complex capacitance vs.frequency for the AC/AC supercapacitor :(a )|C (ω)|;(b )C ′(ω)and C ″(ω)　实部电容随频率的变化反应了AC 电极多孔结构和电解液/电极界面的特征,高频时超级电容器近似于电阻元件,此时极片的多孔结构和界面受到扩散速率的限制,无法充分利用产生电容,所以实部电容趋于零;频率降低其多孔结构和界面利用率提高,逐渐表现出电容性质.虚部电容反映出电容器能量储存/释放时的不可逆损失,电容器电解液与电极发生不可逆的法拉第副反应,同时还有热损失,这可视为超级电容器的介质损耗,与电容器介质的频率效应有关.图6给出了LMO/AC 电容器的复数电容响应图.化成前的不对称超级电容器在所测量的全部交图6　LMO/AC 电容器复数电容随频率变化图.(a )|C (ω)|;(b )C (ω)和C ″(ω)・847・北　京　科　技　大　学　学　报第31卷流频率范围内,电容器电容始终很低,近似为电阻元件;化成后在高频范围内没有变化,但是中低频的电容显著提高.与图5(a )相比,可以看出化成工序对于不对称超级电容器的低频电容起到的活化作用更大,通过化成使得不对称超级电容器真正具有了电容性质.从图6(b )中可以看出,经过化成,虚部电容峰值对应的特征频率降低,实部电容明显提高.图7是超级电容器复数功率的归一化实部|P |/|S |和虚部|Q |/|S |随交流频率的变化图.从图中可知:高频时实部有功功率占主要部分,因为高频时超级电容器表现为电阻特征,此时电容器的能量损耗主要是由电阻引起;频率降低时,超级电容器逐渐表现出电容特征,电阻引起的能量损耗逐渐降低,电容器实际能够储存/释放的能量提高,表示这部分的无功功率相应提高;低频时,超级电容器完全表现为电容特征,此时能量损耗最小.图7　超级电容器复数功率归一化实部与虚部随频率变化图.(a )碳/碳电容器;(b )LMO/AC 电容器Fig.7　Normalized real part |P |/|S |and imaginary part |Q |/|S |of the complex power vs.frequency :(a )AC/AC supercapacitor ;(b )LMO/AC supercapacitor 当|P |/|S |=|Q |/|S |时的频率为电容器的特征频率.图7(a )中碳/碳电容器的特征频率f 0=1107Hz ,对应的时间常数τ0=91344s ;图7(b )中LMO/AC 电容器化成前特征频率为f 0=1173Hz 、τ0=01268s ,化成后特征频率为f 0=0103269Hz 、τ0=30159s.从图7中可以看出,特征频率和时间常数是超级电容器表现为电容性特征或电阻性特征的分水岭.当频率小于f 0时,主要表现为电容特征,能够进行大功率输入/输出;当频率大于f 0时,主要表现为电阻特征,功率全部损耗在电容器本身.时间常数τ0可以认为是超级电容器发挥电容性作用的电响应时间,其值越小则适用频率范围越宽,充放电速率越快,因而功率性能越好.相对于碳/碳电容器来说,LMO/AC 电容器化成前时间常数很小,化成后时间常数变大,说明经过化成,电容值提高,但功率性能有所降低.G anesh 等[17]对活性炭与多孔氧化镍组成的不对称电容器,进行了阻抗谱分析,计算了时间常数,结论与本文分析结果一致,即不对称结构电容器电容与能量在低电流密度下高于对称结214　恒流充放电性能测试在小电流充放电过程中,如图8(a )所示,AC/AC 电容器的正负极电位都随时间(电量)近似地呈线性变化.从图中可知:除了少量杂质发生的电化学副反应外,AC/AC 电容器的正极、负极发生的都是双电层的静电吸附过程,这与图4(a )中尼奎斯特导纳图只存在一段圆弧的情况相对应;LMO/AC 电容器的正极LMO 电位近似保持不变,负极AC 电位近似线性变化,说明LMO/AC 电容器在充放电时同时存在法拉第反应与双电层吸附两种不同本质的过程,这也与图4(b )中存在两段圆弧的情况相对应.LMO 正极电位平台提高了电容器的工作电压,如图8(b )所示,从而提高了电容器的容量.根据式(1)、(2)计算出不同结构的超级电容器在不同频率信号下的电容响应(图5、图6),在01001～011Hz 范围内,LMO/AC 电容器的电容幅值大于AC/AC 电容器的电容幅值,同时随着频率提高,LMO/AC 电容器的电容幅值下降速度大于AC/AC 电容器,这说明LMO/AC 不对称电容器容・947・第6期高　飞等:不同结构的超级电容器阻抗谱图9(a )中超级电容器的平均比电容(只考虑正、负极活性物质质量)随电流密度的变化趋势相一致.图8　超级电容器恒流充放电曲线.(a )电极电位变化;(b )电容器电压变化Fig.8　Constant current charge/discharge test profiles :(a )electrode potential ;(b )work voltage图9　超级电容器的性能比较.(a )比电容随电流密度变化曲线;(b )功率密度-能量密度关系曲线Fig.9　Comparison of LMO/AC and AC/AC supercapacitors ’performances :(a )specific capacitance vs.current density ;(b )power density vs.energy density 图9(b )是超级电容器的功率密度-能量密度曲线.从图中可知,电流较小时LMO/AC 电容器的能量密度高于碳/碳电容器,但是大电流情况下,因为正极LMO 极化现象严重,无法保持4V (Li +/Li )电位平台,并且正极LMO 容量衰减快,限制了电容器的性能,使得功率密度小于AC/AC 电容器,这与图9(a )容量变化趋势相一致.同时,根据交流阻抗分析结果,LMO/AC 电容器的时间常数(30159s )大于AC/AC 电容器的时间常数(9134s ),时间常数τ0越小则电容器适用频率范围越宽,充放电速率越快,因而功率性能越好.所以,图9(b )中LMO/AC 电容器小电流下能量密度较高,当电流提高时,功率从前面的讨论可以看到:电容器充放电性能测试结果与213部分使用交流阻抗法得到的电容器复数电容、复数功率以及时间常数的分析结果相一致;但是交流阻抗法测试简单,测试时间短,并且可以根据阻抗谱的形状、变化来定性地分析化成前后电容器内部工作机理的变化.3　结论本文通过交流阻抗法分析了化成前后碳/碳超级电容器和LMO/AC 不对称超级电容器对交流频率响应的差异.碳/碳电容器化成前后交流阻抗谱变化很小;LMO/AC 电容器化成后,尼奎斯特图高・057・北　京　科　技　大　学　学　报第31卷应,LMO的电化学反应电阻使低频阻抗增大,化成后低频电容明显提高使低频容抗减小.从复数电容和复数功率的分析可知,碳/碳电容器化成后实部电容和虚部电容都有所下降,低频电容略有降低,而时间常数不变;LMO/AC电容器化成后,实部电容和虚部电容都明显增大,低频电容显著提高,时间常数变大.根据复数电容、复数功率以及恒流充放电实验结果,说明LMO/AC不对称超级电容器与碳/碳超级电容器相比,在电流较小时具有电容大、能量密度高的优势.参　考　文　献[1]　Wang Y G,Xia Y Y.A new concept hybrid electrochemical su2percapacitor:carbon/LiMn2O4aqueous system.Elect rochem Com m un,2005,7:1138[2]　Khomenko V,Raymundo P E,Beguin F.Optimization of anasymmetric manganese oxide/activated carbon capacitor working at2V in aqueous medium.J Power Sources,2006,153:183 [3]　Wang Y G,Wang Z D,Xia Y Y.An asymmetric supercapacitorusing RuO2/TiO2nanotube composite and activated carbon elec2 trodes.Elect rochi m Acta,2005,50:5641[4]　Ma S B,Nam K W,Y oon W S.A novel concept of hybrid capac2itor based on manganese oxide material.Elect rochem Com m un, 2007,9:2807[5]　Wang H,Y oshio M,Thapa A K.From symmetric AC/AC toasymmetric AC/graphite,a progress in electrochemical capaci2 tors.J Power Sources,2007,169:375[6]　Yuan C Z,G ao B,Zhang X G.Electrochemical capacitance ofNiO/Ru0135V0165O2asymmetric electrochemical capacitor.J Pow2 er Sources,2007,173:606[7]　Lazzari M,Soavi F,Mastragostino M.High voltage,asymmetricEDLCs based on xerogel carbon and hydrophobic IL electrolytes.J Power Sources,2008,178:490[8]　Conway B E.Elect rochemical S upercapacitors2Scientif ic Funda2mentals and Technological A pplications.Chen A,Wu M Q, Zhang X L,et al.,Translated.Beijing:Chemical Industry Press,2005(Conway B E.电化学超级电容器———科学原理及技术应用.陈艾,吴孟强,张绪礼,等,译.北京:化学工业出版社,2005) [9]　Portet C,Taberna P L,Simon P,et al.High power density elec2trodes for carbon supercapacitor applications.Elect rochi m Acta, 2005,50:4174[10]　Vix2Guterl C,Sadallah S,J urewicz K,et al.Supercapacitorelectrodes from new ordered porous carbon materials obtained bya templating procedure.M ater Sci Eng B,2004,108:148[11]　Taberna P L,Simon P,Fauvarque J F.Electrochemical charac2teristics and impedance spectroscopy studies of carbon2carbon su2percapacitors.J Elect rochem Soc,2003,150(3):A292 [12]　K otz R,Carlen M.Principles and applications of electrochemicalcapacitors.Elect rochi m Acta,2000,45:2483[13]　Arulepp M,Permann L,Leis J,et al.Influence of the solventproperties on the characteristics of a double layer capacitor.JPower Sources,2004,133:320[14]　Li Z X,Chen J.Impedance characteristics and complex2spacemodeling of supercapacitors.Elect ron Com pon M ater,2007,26(2):7(李忠学,陈杰.超级电容器的阻抗特性及其复空间建模.电子元件与材料,2007,26(2):7)[15]　Aurbach D,Markovsky B,Levi M D,et al.New insights intothe interactions between electrode materials and electrolyte solu2tions for advanced nonaqueous batteries.J Power Sources,1999,81/82:95[16]　Liu Z L,Lee J Y,Lindner H J.Effect of conducting carbon onthe electrochemical performance of LiCoO2and LiMn2O4cath2ode.J Power Sources,2001,97/98:361[17]　G anesh V,Pitchumani S,Lakshminarayanan V.New symmet2ric and asymmetric supercapacitors based on high surface areaporous nickel and activated carbon.J Power Sources,2006,158:1523・157・第6期高　飞等:不同结构的超级电容器阻抗谱。

电化学测量(胡会利)

第 1 页共 5 页
《电化学测量》考试复习资料
二、判断题 1、鲁金毛细管的作用是消除液接电位（✘）鲁金毛细管的作用是减少欧姆电势降 2、电化学测量中连接辅助电极的导线几乎无电流通过（✘）电化学测量中连接参比电极的导线几乎无电流通过 3、盐桥中的电解质均为氯化钾（✘） 4、研究电极均为固体电极（✘）碳电极、汞电极 5、辅助电极上的极化应尽可能的小（✔） 6、恒电位仪可实现对研究电极电位的测量与控制（✔） 7、交流阻抗法是利用小幅度正弦交流电信号对电极体系进行扰动（✔） 8、电位阶跃法比电流阶跃法测量电极真实表面积更准确（✔） 9、可以用断电流法测量电极体系的稳态极化曲线（✔） 10、双脉冲电流法和交流阻抗法均为暂态法（✔） 11、鲁金毛细管的作用是减少溶液的欧姆电势降（✔） 12、电化学测量中连接参比电极的导线几乎无电流通过（✔） 13、电化学稳态就是平衡态（✘）在指定的时间范围内电化学系统的参量基本不变 14、研究电极一定是金属制成的（✘）碳、汞 15、当被测溶液中有 Ag+时，可以使用甘汞电极直接插入溶液中作为参比电极（✘） Ag+和甘汞电极中的 Cl-易生成沉淀 16、硫酸体系中常用的参比电极是汞—硫酸亚汞电极（✔） 17、交流阻抗法是利用小幅度正弦交流电信号对电极体系进行扰动（✔） 18、当极化曲线中存在电势极大时，只能用恒电势发测定极化曲线（✘） 19、由于暂态系统的复杂性，在研究分析暂态过程时常常采用等效电路来描述电极体系（✔） 20、电化学交流阻抗法是一种暂态电化学技术（✔）
《电化学测量》考试复习资料
电化学测量
一、名词解释 1、恒电位法：在恒电势电路或恒电势仪的保证下，控制研究电极的电势，按照人们预想的规律变化不受电极体系发生反应而引起阻抗的变化的影响，同时测量相应电流的方法。 2、稳态极化曲线：当电极过程的各个基本过程，如双电层充电、电荷转移、扩散传质等达到稳态时所测得的极化曲线。 d 3、线性电位扫描：控制电极电势以恒定的速度变化即常数，同时测量通 dt 过电极的电流。 4、交流阻抗法：以小振幅的正弦波电势（或电流）为扰动信号，使电极系统产生近似线性关系的响应，测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以此来研究电极体系的方法就是交流阻抗法。 5、电化学工作站：由计算机控制的电化学测试仪称为电化学工作站。 6、支持电解质：为了有效的消除电活性物种传质形式中的电迁移现象，同时也为了能很好的将界面电势差限制在离电极不远处，所加的高浓度惰性电解质叫支持电解质。 7、暂态电极过程：从极化条件突然改变各个子过程做出响应开始创建新的稳态要经历的不稳定的变化的过渡阶段称为暂态电极过程。 8、电位阶跃法：控制电极电势按一定规律变化，同时测量电流随时间的变化，或电量随时间的变化。 9、双电流脉冲法：为了在浓差极化之前的短暂时间内消除双电层的影响所采用的测量方法。 10、溶液的欧姆压降：研究电极到参比电极的鲁金毛细管口之间的这段溶液电阻引起的欧姆电压降。 11、辅助电极：用来通过电流以实现研究电极的极化电极。 12、电化学稳态：在指定的时间范围内电化学系统的参量变化甚微，基本上可以不变，这种状态称为电化学稳态。 13、液接电位：两种组成不同的溶液接触时，由于界面两侧粒子扩散速度不同而在该接面上产生的电势差叫做液接电位。 14、三体系电极：由研究电极、参比电极和辅助电极组成的电极体系叫三电极体系。 15、参比电极：是测量电势的比较标准，它在测量过程中具有已知且稳定的电极电势。 16、控制电流法（电流阶跃法）：控制电极电流，按某一指定的规律变化，同时测量电极参数对时间 t 的变化。

血气生化测试卡(电化学法交流阻抗法) 产品技术要求libang

7
pO2
±15%或
±7.5mmHg
≤5%或
≤2.5mmHg
≤15%或
≤7.5mmHg
线性范围（10～700
mmHg内，
）
≤10mmHg
线性偏差≤15%或
≤7.5mmHg
8
Glu
±10%或
±0.33mmol/L
≤5%或
≤0.17mmol/L
≤10%或
≤0.33mmol/L
线性范围（1.1～38.9）mmol/L内，线性偏差≤10%或
≤6%或
≤3 %PCV
线性范围（10～75）%PCV内，线性偏差≤6%或
≤3 %PCV
≤10%PCV
注：应根据测试样本的不同浓度水平，取较大的指标值作为相应测量参数的性能要求。
1.2外观要求
a）测试卡为1人份/袋独立包装，包装外观应完整、清洁、密封，标识清晰、正确，表面应标明批号、效期等；
b）测试卡表面应清洁平整，无明显伤痕和裂纹。
≤0.12mmol/L
≤0.25mmol/L
5
pH
±0.04
≤0.02
≤0.04
线性范围6.500～
8.000内，
线性偏差≤0.04
≤6.500
6
pCO2
±8%
±5mmHg
或
≤4%或
≤2.5mmHg
≤8%或
≤5mmHg
线性范围（10.0～150.0）mmHg内，线性偏差≤8%或
≤5mmHg
≤10.0mmHg
产品名称
血气生化测试卡（电化学法/交流阻抗法）
型号、规格
产品型号：BG10、BG9、BG8、BG7-Ca、BG7-Cl、BG6、BG4、BG3、BC5、BC4、BC3；包装规格：1人份/袋，25人份/盒。

铜线交流阻抗计算公式

铜线交流阻抗计算公式一、基本概念。

1. 阻抗。

- 在交流电路中，阻抗（Z）是对电流阻碍作用的统称。

它是一个复数，实部为电阻（R），虚部为电抗（X），即Z = R + jX，其中j=√(- 1)。

对于铜线来说，电阻是其自身的固有属性，而电抗主要由电感引起。

2. 铜线电阻计算。

- 根据电阻定律R=ρ(l)/(S)，其中ρ是电阻率（对于铜，ρ = 1.75×10^-8Ω· m在20^∘C时），l是铜线的长度（单位：m），S是铜线的横截面积（单位：m^2）。

3. 电感计算（近似计算单根直导线电感）- 对于单根直导线，其电感L的近似计算公式为L = 2×10^-7l[ln((2l)/(r)) -0.75]，其中l是导线长度（单位：m），r是导线半径（单位：m）。

- 然后根据感抗X_L=ω L = 2π fL，其中ω是角频率，f是交流电的频率（单位：Hz）。

1. 首先计算电阻R=ρ(l)/(S)。

2. 然后计算电感L = 2×10^-7l[ln((2l)/(r)) - 0.75]。

3. 再计算感抗X_L=2π fL。

4. 最后得到交流阻抗Z=√(R^2)+X_L^2。

例如，已知一根铜线长度l = 1m，半径r = 0.5mm = 5×10^-4m，横截面积S=πr^2=π×(5×10^-4)^2m^2，交流电源频率f = 50Hz。

- 计算电阻R=ρ(l)/(S)=1.75×10^-8×(1)/(π×(5×10^-4))^{2}Ω。

- 计算电感L = 2×10^-7×1×[ln((2×1)/(5×10^-4))- 0.75]H。

- 计算感抗X_L=2π fL = 2π×50× LΩ。

- 最后计算交流阻抗Z=√(R^2)+X_L^2。

pmd[工学]电化学测量方法学习总结

几种电化学测量方法的学习总结摘要：随着科技的进步，电化学测量仪器也获得了飞跃性的发展，有力地促进了电化学各领域的发展。

从早期的高压大电阻的恒电流测量电路，到以恒电势仪为核心组成的模拟仪器电路，再到计算机控制的电化学综合测试系统、仪器功能、可实现的测量方法的种类更加丰富，控制和测量精度大大提高，操作更加方便快捷，实验数据的输出管理和分析处理能力更加强大。

本文重点从控制电流阶跃暂态法、控制电势阶跃暂态法、线性电势扫描伏安法和交流阻抗法等四种常用的暂态测量方法及其应用做了简要的介绍。

关键词：暂态，电流阶跃，电势阶跃，线性扫描伏安法，交流阻抗法随着科技的进步，电化学测量仪器也获得了飞跃性的发展，有力地促进了电化学各领域的发展。

新结构、新材料电极的采用也赋予了电化学测量更强大的实验研究能力，拓宽了电化学方法的应用领域，加深了对电极过程动力学规律、电极界面结构更深层次的认识。

例如，超微电极、超微阵列电极、纳米阵列电极具有更高的扩散传质能力，更快的响应速率，更高的定量分析灵敏度和更低的检测限，实现高度空间分辨的能力。

单晶电极和电化学扫描探针显微技术相结合，可获得伴随电化学反应的微观，甚至是原子、分子级分辨的变化的显微图像，认识电化学反应的微观机理。

现代计算技术，包括曲线拟合、数值模拟技术，极大地增强了分析处理复杂电极过程的能力，可方便快捷地得到大量有用的电化学信息。

1三电极体系当体系中没有电流通过时，工作电极的电位可以由对电极直接准确测定，因此可以用双电极体系（如图1）。

当体系中有电流通过时，产生了溶液电压降和对电极的极化，因此工作电极的电位难以准确测定，由此引入参比电极。

参比电极有着非常稳定的电位，且电流不经过参比电极不会引起极化，从而工作电极的电位可以由参比电极得到，而电流由工作电极-辅助电极回路得到，构成三电极体系（如图2）。

已知电压电流角度,求馈线阻抗的方法(二)

已知电压电流角度,求馈线阻抗的方法(二)求解馈线阻抗的方法介绍馈线是一种用于传输电能的导线，当电压和电流在馈线中传输时，会产生一定的阻抗。

求解馈线阻抗是电力系统设计和运维中的重要任务之一。

本文将介绍几种常用的方法来计算已知电压电流角度时的馈线阻抗。

直流电阻法直流电阻法是一种简单直接的方法，适用于直流电路中的馈线阻抗计算。

1.确定馈线的长度和横截面积。

2.通过测量馈线两端的电压和电流，计算得到直流电阻值。

3.馈线阻抗可以近似等于直流电阻值。

交流电流法交流电流法是一种针对交流电路的计算方法，需要已知电压和电流的相位角度。

1.根据馈线两端的电压和电流，得到电压与电流的相位差。

2.将电压和电流分别表示为复数形式，得到相位差的复数表示。

3.利用复数幅值和相位差计算得到馈线阻抗的复数表示。

4.根据复数结果的实部和虚部，得到馈线阻抗的阻抗和角度。

三个参数法三个参数法是一种常用的计算馈线阻抗的方法，基于电压和电流的三个参数：电阻、电感和电容。

1.测量或计算得到馈线的电阻、电感和电容值。

2.根据已知的电压和电流相位角度，计算得到电压和电流的有效值。

3.利用电阻、电感和电容的数值和电压、电流有效值，计算得到馈线阻抗的实部和虚部。

4.得到馈线阻抗的阻抗和角度。

数值计算法数值计算法是一种准确计算馈线阻抗的方法，基于数值计算和矩阵运算。

1.根据馈线的形状和材料参数，建立馈线的数值模型。

2.根据已知的电压和电流相位角度，通过数值计算和矩阵运算得到馈线阻抗的复数表示。

3.根据复数结果的实部和虚部，得到馈线阻抗的阻抗和角度。

总结不同的方法适用于不同的情况和要求。

直流电阻法适用于直流电路中的简单计算；交流电流法适用于已知相位角度的交流电路；三个参数法适用于已知电阻、电感和电容的交流电路；数值计算法适用于复杂馈线的准确计算。

根据实际情况选择合适的方法，能够较准确地求解馈线阻抗，为电力系统设计和运维提供支持。

以上是几种常用的方法来计算已知电压电流角度时的馈线阻抗。

交流阻抗与极化曲线参数设置

极化曲线：采样周期为500 ms，扫描速率为10 mV/s你是想测耐蚀性吗？对比无转化膜和有转化膜的做极化和阻抗可以的。

最好不要浸泡，如果你要研究浸泡对膜耐蚀性的破坏，可以设计一组不同浸泡时间下阻抗谱实验。

测定时可以稍许等待OCP稳定，绝对的稳定不可能。

若极化曲线无较明显钝化现象，极化扫描范围可以选取相对于OCP的正负200-300mV范围，若有钝化则最好将阳极钝化区测完。

因此你在选择参数时不妨将阳极范围选大点，若操作时确无钝化，还可以随时终止实验。

合金表面转化膜方面我倒是没有做过。

但是一直做其它方面金属腐蚀，时间也不短了，所以试验方法还是比较熟悉吧。

如果OCP不是短时间内急剧变化，个人认为等待0.5-3分钟足矣如何设定参数根据你是否要测腐蚀电流，测腐蚀电流用tafel，先测稳定电位，测完稳定电位在稳定电位正负250mv的电位范围进行测试，扫描速率5mv/s即可。

灵敏度可以选择自动灵敏度调整。

这要看你的测量目的；若采用稳态极化法测量Tafel参数，以开路电位为中心，正负极化各300mV; 若线性扫描，正负各10~20mV: 若有吸附现象出现，Tafel 半对数关系没有明显的直线段，那就要采用弱极化区（正负80~100mV）曲线拟合了。

若测量金属的钝化行为，则采用阳极极化至出现过钝化（根据材料的不同过钝化电位不同，需要先做条件摸索实验）。

如何设定参数根据你是否要测腐蚀电流，测腐蚀电流用tafel，先测稳定电位，测完稳定电位在稳定电位正负250mv的电位范围进行测试，扫描速率5mv/s即可。