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电化学工作站的原理与应用
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目录
1、电化学工作站的基本概述 2、电化学测试方法 3、电化学工作站的原理及其具体应用
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1.1电化学工作站的基本概述 电化学工作站在电池检测中占有重要地
位，它将恒电位仪、恒电流仪和电化学交 流阻抗分析仪有机地结合，既可以做三种 基本功能的常规试 验，也可以做基于这三 种基本功能的程式化试验。在试验中，既 能检测电池电压、电流、容量等基本参数， 又能检测体现电池反应机理的交流阻抗参 数，从而完成对多种状态下电池参数的跟 踪和分析。
被测定的电极叫做工作电极， 与工作电极相对的电极叫做 辅助电极。
在三电极法中为了能够在测 定研究电极和参比电极之间 电压同时，又能任意调节研 究电极的电位，最理想的设 备为具有自动调节功能的恒 电位仪。
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1.3 恒电位仪、恒电流仪的基本概念 恒电位仪是电化学测试中最重要的仪器
之一，其性能的优良直接影响电化学测试 结果的准确度。由它控制电极电位为指定 值，以达到恒电位极化的目的。若给以指 令信号，则可使电极电位自动跟踪指令信 号而变化。 恒电流仪也是电化学测试中最重要的仪 器之一，其原理与恒电位仪类似。
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国别 英国 意大利 荷兰 美国 美国 美国 德国 美国 德国 美国 澳大利亚 美国 法国
1.2 三电极体系
研究电极上电子的运动是电 化学反应的基础，为了分别 对电池或电解池的阴极，阳 极发生的反应进行观察需用 到三电极体系。
加入的电极叫做参比电极， 它的作用是为了测量进行这 些反应的电极电位的一个基 准电极。
数直接变换成容易测定的电参数加以测定。 2．灵敏度高。因为电化学反应是根据法拉
第定律进行的，所以，即使是微量的物质 变化也可以通过容易测定到的电流或电量 来进行测定。 3．实时性好。利用高精度的特点，可以检 测出微反应量，并对其进行定量。
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3.电化学工作站的基本原理及其应用
交流阻抗的原理及应用 交流阻抗方法给电化学系统施加一个频率不同
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国外主要的电化学工作站
仪器型号 1200系列 2000、7000系列 Autolab系列 BAS系列 CHI系列 EG&G 270系列 IM6/6e系列 OMNI90系列 PG系列 PINE AF系列 Powerlab系列 PS-205系列 Voltalab系列
……
厂家（公司） Solartron Analytical AMEL srl ECochemie BioAnalytical Systems CH Instrument Princeton Applied Research ZAHNER Elektrik Cypress Systems HEKA Instrument Pine Instrument ADInstruments ELCHEMA Radiometer Analytical
✓ 记录方式：伏 安曲线、电流 时间曲线
✓ 记录精度
✓ 正向峰电流iPC ✓ 正向峰电位fPC ✓ 正向半峰电位
fp/2C ✓ 正向峰面积SC ✓ 逆向峰电流iPA ✓ 逆向峰电位fPA ✓ 逆向半峰电位
fp/2A ✓ 逆向峰面积SA 11 ✓ 峰电位差Df
电化学测试方法的优点： 1．简单易行。可将一般难以测定的化学参
13
阻抗的概念
电阻 Z=R0 电容 Z=1/jwc 电感 Z=jwL
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基本等效电路
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各个过程的频率响应
纯电阻， 在电场建立的同时，即可响应。这个 器件对电流的响应最快。而在10000Hz的频率下， 在万分之一秒的正向和负向之 间反转时，电容可以 看做是导线。也就是说在高频信号时，电容可以看 做不存在。那么在万分之一秒的时间，电化学电荷 传递过程也不会发 生。试验证明电化学过程的响应 时间和电容是接近的，而在电容和电化学过程的频 率范围，扩散仍不会响应。因为扩散离子从电场建 立，到开始运动进行扩散是需要 时间的，并且，在 阻抗谱中特指的是浓差扩散，意思是必须进行电荷 转移，消耗掉离子，才会有浓差，才会有浓差扩散。 因此此扩散过程为控制步，在低频处占主要 部分。
的小振幅的交流电压，测量交流电势与电流信 号的比值（此比值即为系统的阻抗）随正弦波 频率ω的变化，或者是阻抗的相位角Φ随ω的变 化。进而分析电极过程动力学、双电层和扩散 等，研究电极材料、固体电解质、导电高分子 以及腐蚀防护等机理。只要该体系具有双电极， 并在该双电极上对交流电压具有瞬时的交流电 流相应特性即可。
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Nyquist图中，最先响应的总是纯 电阻，而后是 电容和电化学反应，再其后是扩散过程。纯电阻为 实部最小的点，而电容和电化学反应为一个半圆， 这是理想情况，如果有多个电化学反应，也就是说 有多个电荷转移过程。那么这个半圆可能不是正圆， 也可能是两个圆。扩散阻抗表现为一个45度直线， 这也是理想情况。如果有吸附直线会带点倾斜。也 有可能不 是45度。如果直线的较高频率部分线性很 好，而测试的截止频率太太长的时间可能会造成状 态的改变。不同器件对频率的响应大体是分开的， 因此造成圆弧和直线的Nyquist图。理想美好，现实 总是残酷的。 这种分开并不是严格的，意味着严格 分开的线形那么得到的拟合数据也越合理。
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常用的电化学测试方法技术为： 电流分析法(也称为计时安培法)、差分脉冲
安培法(DPA)、差分脉冲伏安法(DPV)、循环 伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、常规脉 冲伏安法(NPV)、方波伏安法(SWV)等。
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电化学实验控制参数：
✓ 初始电位
✓ 终止电位
✓ 扫描速度
✓ 扫描方向
✓ 扫描周期数或 单方向扫描
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经典恒电位电路—大功率蓄电池和低阻值滑线电阻 由运算放大器组成的恒电位电路
7
经典恒电流电路—高电压蓄电池组和高阻值滑线电阻 由运算放大器组成的恒电流电路
8ຫໍສະໝຸດ Baidu
2.电化学测试方法
电化学测定方法是将化学物质的变化归 结为电化学反应，也就是以体系中的电位、 电流或者电量作为体系中发生化学反应的 量度进行测定的方法。包括电流-电位曲线 的测定；电极化学反应的电位分析，电极 化学反应的电量分析；对被测对象进行微 量测定的极谱分析；交流阻抗测试等。
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目录
1、电化学工作站的基本概述 2、电化学测试方法 3、电化学工作站的原理及其具体应用
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1.1电化学工作站的基本概述 电化学工作站在电池检测中占有重要地
位，它将恒电位仪、恒电流仪和电化学交 流阻抗分析仪有机地结合，既可以做三种 基本功能的常规试 验，也可以做基于这三 种基本功能的程式化试验。在试验中，既 能检测电池电压、电流、容量等基本参数， 又能检测体现电池反应机理的交流阻抗参 数，从而完成对多种状态下电池参数的跟 踪和分析。
被测定的电极叫做工作电极， 与工作电极相对的电极叫做 辅助电极。
在三电极法中为了能够在测 定研究电极和参比电极之间 电压同时，又能任意调节研 究电极的电位，最理想的设 备为具有自动调节功能的恒 电位仪。
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1.3 恒电位仪、恒电流仪的基本概念 恒电位仪是电化学测试中最重要的仪器
之一，其性能的优良直接影响电化学测试 结果的准确度。由它控制电极电位为指定 值，以达到恒电位极化的目的。若给以指 令信号，则可使电极电位自动跟踪指令信 号而变化。 恒电流仪也是电化学测试中最重要的仪 器之一，其原理与恒电位仪类似。
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国别 英国 意大利 荷兰 美国 美国 美国 德国 美国 德国 美国 澳大利亚 美国 法国
1.2 三电极体系
研究电极上电子的运动是电 化学反应的基础，为了分别 对电池或电解池的阴极，阳 极发生的反应进行观察需用 到三电极体系。
加入的电极叫做参比电极， 它的作用是为了测量进行这 些反应的电极电位的一个基 准电极。
数直接变换成容易测定的电参数加以测定。 2．灵敏度高。因为电化学反应是根据法拉
第定律进行的，所以，即使是微量的物质 变化也可以通过容易测定到的电流或电量 来进行测定。 3．实时性好。利用高精度的特点，可以检 测出微反应量，并对其进行定量。
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3.电化学工作站的基本原理及其应用
交流阻抗的原理及应用 交流阻抗方法给电化学系统施加一个频率不同
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国外主要的电化学工作站
仪器型号 1200系列 2000、7000系列 Autolab系列 BAS系列 CHI系列 EG&G 270系列 IM6/6e系列 OMNI90系列 PG系列 PINE AF系列 Powerlab系列 PS-205系列 Voltalab系列
……
厂家（公司） Solartron Analytical AMEL srl ECochemie BioAnalytical Systems CH Instrument Princeton Applied Research ZAHNER Elektrik Cypress Systems HEKA Instrument Pine Instrument ADInstruments ELCHEMA Radiometer Analytical
✓ 记录方式：伏 安曲线、电流 时间曲线
✓ 记录精度
✓ 正向峰电流iPC ✓ 正向峰电位fPC ✓ 正向半峰电位
fp/2C ✓ 正向峰面积SC ✓ 逆向峰电流iPA ✓ 逆向峰电位fPA ✓ 逆向半峰电位
fp/2A ✓ 逆向峰面积SA 11 ✓ 峰电位差Df
电化学测试方法的优点： 1．简单易行。可将一般难以测定的化学参
13
阻抗的概念
电阻 Z=R0 电容 Z=1/jwc 电感 Z=jwL
14
基本等效电路
15
各个过程的频率响应
纯电阻， 在电场建立的同时，即可响应。这个 器件对电流的响应最快。而在10000Hz的频率下， 在万分之一秒的正向和负向之 间反转时，电容可以 看做是导线。也就是说在高频信号时，电容可以看 做不存在。那么在万分之一秒的时间，电化学电荷 传递过程也不会发 生。试验证明电化学过程的响应 时间和电容是接近的，而在电容和电化学过程的频 率范围，扩散仍不会响应。因为扩散离子从电场建 立，到开始运动进行扩散是需要 时间的，并且，在 阻抗谱中特指的是浓差扩散，意思是必须进行电荷 转移，消耗掉离子，才会有浓差，才会有浓差扩散。 因此此扩散过程为控制步，在低频处占主要 部分。
的小振幅的交流电压，测量交流电势与电流信 号的比值（此比值即为系统的阻抗）随正弦波 频率ω的变化，或者是阻抗的相位角Φ随ω的变 化。进而分析电极过程动力学、双电层和扩散 等，研究电极材料、固体电解质、导电高分子 以及腐蚀防护等机理。只要该体系具有双电极， 并在该双电极上对交流电压具有瞬时的交流电 流相应特性即可。
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Nyquist图中，最先响应的总是纯 电阻，而后是 电容和电化学反应，再其后是扩散过程。纯电阻为 实部最小的点，而电容和电化学反应为一个半圆， 这是理想情况，如果有多个电化学反应，也就是说 有多个电荷转移过程。那么这个半圆可能不是正圆， 也可能是两个圆。扩散阻抗表现为一个45度直线， 这也是理想情况。如果有吸附直线会带点倾斜。也 有可能不 是45度。如果直线的较高频率部分线性很 好，而测试的截止频率太太长的时间可能会造成状 态的改变。不同器件对频率的响应大体是分开的， 因此造成圆弧和直线的Nyquist图。理想美好，现实 总是残酷的。 这种分开并不是严格的，意味着严格 分开的线形那么得到的拟合数据也越合理。
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常用的电化学测试方法技术为： 电流分析法(也称为计时安培法)、差分脉冲
安培法(DPA)、差分脉冲伏安法(DPV)、循环 伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、常规脉 冲伏安法(NPV)、方波伏安法(SWV)等。
10
电化学实验控制参数：
✓ 初始电位
✓ 终止电位
✓ 扫描速度
✓ 扫描方向
✓ 扫描周期数或 单方向扫描
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经典恒电位电路—大功率蓄电池和低阻值滑线电阻 由运算放大器组成的恒电位电路
7
经典恒电流电路—高电压蓄电池组和高阻值滑线电阻 由运算放大器组成的恒电流电路
8ຫໍສະໝຸດ Baidu
2.电化学测试方法
电化学测定方法是将化学物质的变化归 结为电化学反应，也就是以体系中的电位、 电流或者电量作为体系中发生化学反应的 量度进行测定的方法。包括电流-电位曲线 的测定；电极化学反应的电位分析，电极 化学反应的电量分析；对被测对象进行微 量测定的极谱分析；交流阻抗测试等。