实验一锂电池碱性电池和镍氢电池的性能测试.

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实验一锂电池、碱性电池和镍氢电池的性能测试

一、实验的基本原理

1. 锂电池的电极反应

（1）二次锂电池的电极反应

Positive electrode: LiFePO4 + e - = Li+ + Fe2++ PO43-

Negative electrode: Lix C - e- = x Li + +C

Overall reaction: LiFePO4 + Lix C = x Li + + C + LiFePO4 [E = 3.8

V]

Fig. 1 Charge and discharge of lithium battery

（2）一次锂电池的电极反应

Positive electrode: MnO2 + e- = MnO2

Negative electrode: Li - e- = Li+

Overall reaction: MnO2 + Li = LiMnO2 [E = 3.5 V]

2. 碱性锌锰干电池总反应

Positive electrode: 2MnO2 + H2O + 2e- = Mn2O 3 +2OH-

Negative electrode: Zn + 2OH− → ZnO + H2O + 2e−

Overall reaction: Zn + 2MnO2 = ZnO + Mn2O 3 [E = 1.5 V] 3.镍氢二次电池的电极反应

Positive electrode：NiOOH + H2O + e- → Ni(OH2 + OH-

Negative electrode：MH + OH- → M + H2O + e-

Overall reaction: MH + NiOOH → M + Ni(OH2 [E = 1.2 V]

二、仪器和材料

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1．仪器CorreTest CS350

2．一次性纽扣锂电池（CR2032）及干电池和5号或7号镍氢电池以及充电器，其中四套备用）

三、电池的性能测试

CorrTest电化学测试系统由CS系列电化学工作站（恒电位/电流仪）和CorrTest控制与数据分析软件组成。可以进行稳态电化学方法测试，如开路电压、恒电位极化、动电位扫描等；暂态电化学测试，如恒电位（流）阶跃、恒电位（流）方波；可以进行电分析化学方法，如线性扫描伏安分析、循环伏安分析以及各种方波、差分伏安分析等；以及交流阻抗测试等。它在电极过程研究、化学电

源、电镀、电解、相分析、金属腐蚀研究、电化学保护参数测定等方面具有广泛用途。图1中接线说明：绿色—工作电极(WE ；红色—对电极(CE ；黄色—参比电极(RE 。

图1 Corrtest CS350电化学工作站

1．开路电位（Open Circuit Potential）V oc

图2 开路电压测试的实验参数设置界面

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菜单位置：“测试方法”→“稳态测试”→“开路电位”。

根据图示界面分别设置恒电位仪、电解池和测量时间等参数。（具体参考武汉科斯特仪器有限公司CorrTest CS系列电化学工作站说明书）把测量电池正确接入测试系统，点击开始按钮，开始进行测量，记录电位、电流-时间曲线。注：(1先建立新数据文件; (2坐标类型设置为电位电流-时间模式。

2．恒电位极化（Constant Potential Polarization）

菜单位置：“测试方法”→“稳态测试”→“恒电位极化”

图3恒电位极化测试的实验参数设置界面

根据图示界面分别设置恒电位仪、电解池、极化电位（± 0.1 ~ 0.3 V vs Voc ）和极化时间等参数。点击开始按钮，开始进行测量，记录电流-时间曲线。注：(1先建立新数据文件; (2坐标类型设置为电流-时间模式。

3．恒电位阶越（Constant Potential Step）

恒电位阶跃也可用来测量溶液电阻R s 和工作电极的极化电阻R p ，还可以计算双电层电容C d 。具体计算方法请参见刘永辉所编的《电化学测试技术》一书，北京航空学院出版社，1987年10月第1版。

菜单位置：“测试方法”→“暂态测试”→“恒电位阶跃”

图4恒电位阶越测试的实验参数设置界面

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根据图示界面分别设置恒电位仪、电解池、阶越电位（<10 mV）和极化电位选择V oc 等参数。点击开始按钮，开始进行测量，记录电流-时间曲线。注：(1先建立新数据文件; (2坐标类型设置为电流-时间模式。

4．线性扫描伏安法（Linear Scan Voltammetry LSV）

线性扫描伏安法（Linear Scan Voltammetry）是以线性扫描方式将激发电位施加于工作电极上。从起始电位开始线性扫描至终止电位后即终止，其扫描历程相当于循环伏安法的半个循环。

菜单位置：“测试方法”→“伏安分析”→“线性扫描伏安”

图5 线性扫描伏安测试的实验参数设置界面

根据图示界面分别设置恒电位仪、电解池、电压扫描速率和扫描初始和终止电位（电压扫描范围<1 V vs VOC ）等参数。点击开始按钮，开始进行测量，记录电位、电流-时间曲线。点击开始按钮，开始进行测量，记录电流-电压曲线。注：(1先建立新数据文件; (2坐标类型设置为电流-电压模式。

5．循环伏安法（Cyclic Voltammetry CV）

循环伏安法（cyclic voltammetry）是以快速线性扫描的方式将激发电位施加于极化池上，循环伏安法的激发信号是一个等腰三角波电位。从起始电位E i 开始，电位沿某一方向线性变化至终止电位E m ，立即换向回扫至起始电位。

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图6 循环伏安测试的实验参数设置界面

根据图示界面分别设置恒电位仪、电解池、电压扫描速率和初始电位→高电位→低电位→初始电位，并往复循环，电压扫描范围<1 V vs Voc 。点击开始按钮，开始进行测量，记录电流-电压曲线。

注：(1先建立新数据文件; (2坐标类型设置为电流-电压模式。

6．交流阻抗（Electronic Impedance Spectrometry EIS）

电化学阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位（或电流）为扰动信号，来测量电极体系的各种阻抗的电化学测量方法。