离子交换膜扩散系数的测定方法评述
离子交换膜扩散系数的测定方法评述
离子交换膜扩散系数的测定方法评述离子交换膜扩散系数的测定方法在离子交换膜水处理领域中广泛应用，近年来出现了多种离子交换膜的流速或扩散系数测定方法。
现对于国内外应用最多的传统的离子交换膜扩散系数的测定方法进行分析评述如下：1传统离子交换膜扩散系数的测定方法的缺陷1.1传统的离子交换膜扩散系数测定方法采用的都是接触池法，操作过程复杂，工作效率低，试剂费用昂贵，且需要较长时间才能得到扩散系数的实验结果，存在较大误差； 1.2传统离子交换膜扩散系数测定方法所用的仪器均为玻璃管、玻璃棒等，易碎，有可能造成对实验人员的伤害； 1.3传统离子交换膜扩散系数测定方法需将溶液蒸干后重新量取体积，繁琐的操作会影响测定结果的准确性；1.2传统离子交换膜扩散系数测定方法所用的仪器均为玻璃管、玻璃棒等，易碎，有可能造成对实验人员的伤害； 1.3传统离子交换膜扩散系数测定方法需将溶液蒸干后重新量取体积，繁琐的操作会影响测定结果的准确性； 1.4传统离子交换膜扩散系数测定方法仅有被测试件的一次扩散过程，没有反应介质的二次扩散，因此不能精确地计算试样内的扩散通量和扩散系数，但对于不同材料的离子交换膜，它们之间的扩散系数也会有一定的差异。
2新型离子交换膜扩散系数的测定方法在市场上推出的很多离子交换膜的检测技术和设备中，有关离子交换膜扩散系数的测定都涉及到高速离子迁移原理的离子交换膜水处理技术。
随着离子交换膜技术的发展，新的离子交换膜材料不断涌现，所以应当对其扩散系数的测定方法加以改进和完善，以提高其测定结果的准确性，从而降低工作人员的劳动强度，节约资源，为以后水处理技术的研究奠定基础。
2.1电化学方法在实际生产中的应用2.1.1离子迁移率电极法实际应用：如电导测量。
离子迁移率电极是一种比较简单的测定扩散系数的仪器。
它主要由两个电极组成，即离子选择性电极和直流电极。
离子选择性电极在与被测试液接触时，对某些特定的离子具有较高的选择性，而对另外一些离子的选择性就很小。
离子交换膜的制备和性能测试
离子交换膜的制备和性能测试离子交换膜是一种重要的用于电化学能够传输的材料。
它的主要应用是在氢能源制备、电解水、化学传感器和可穿戴医疗器械等领域。
这篇文章将着重介绍离子交换膜的制备和性能测试。
一、离子交换膜的制备离子交换膜的制备方法有很多种，其中主要包括以下几种：1.乳液聚合法乳液聚合法是一种常用的离子交换膜制备方法。
其工艺流程如下：（1）首先将单体与引发剂混合，并以一定温度和时间下聚合得到树脂胶珠；（2）将胶珠顺次通过几个反应室进行反应，反应室中引用反应剂反应；（3）最后在一些处理设备中进行后续的处理和干燥，得到合格的离子交换膜。
2.间歇式反应法间歇式反应法是一种非常灵活的离子交换膜制备方法，这种方法的原理主要是反应坩埚中加入水中交换物质，进行反应，反应过程中，反应物会在坩埚中产生不同强度的离子电流，这就是离子交换膜制备过程的重要因素。
反应可多次重复，从而可以制备不同性质的离子交换膜。
3.激光剥离法激光剥离法是一种新型离子交换膜制备方法，通过激光对材料进行加工，从而获得高精度离子交换膜。
这种方法的主要优势是可以获得高精度的离子交换膜，同时不会对材料造成其他损伤。
二、离子交换膜的性能测试离子交换膜的性能检测主要包括以下几个方面：1.离子交换容量离子交换容量是指单位重量离子交换膜可以交换离子的数量。
通常使用酸碱滴定方法进行检测。
该方法的原理是使用标准酸碱溶液对离子交换膜的功能硫酸树脂进行反应测定交换的离子量。
2.离子渗透性测试离子渗透性是指单位时间内离子交换膜通过单位面积的离子量。
检测时，将离子交换膜与两个不同离子浓度的解液隔开，通过检测两个解液中的离子浓度来确定离子渗透性能。
3.电导率测试电导率测试是指在离子交换膜内部，离子在电磁场或价电场作用下移动的速度。
通常使用Siemens表进行测量，把离子交换膜放上电极板，在膜板纵横两个方向上的电阻分别测量，据此可以得到离子交换膜的电导率。
4.耐化学性能测试离子交换膜的耐化学性能也是很重要的，主要使用酸碱化学稳定性测试方法。
离子扩散系数
离子扩散系数1. 离子扩散的概述离子扩散是指物质中离子相互传递的过程。
离子扩散在物质科学中具有广泛的应用，如电化学、能源、环境科学等。
通过研究离子扩散系数，可以更好地理解离子传输的机制和物理过程。
2. 离子扩散系数的定义离子扩散系数（D）是衡量离子在空间中扩散的速度的物理量。
在常温下，离子扩散是分子热运动的结果，分子热运动会使离子随机地向周围空间扩散，而离子扩散系数则衡量了这种随机扩散的速率。
3. 离子扩散系数的影响因素离子扩散系数受到物理和化学因素的影响，包括温度、浓度、电场强度、离子大小、溶剂极性等。
其中，温度是影响离子扩散系数最显著的因素，一般情况下，温度升高，离子扩散系数也会增加。
此外，离子和溶剂的极性也是影响离子扩散系数的重要因素。
极性相似的离子和溶剂间形成更强的静电相互作用，因此它们的扩散系数相对较小，反之亦然。
4. 离子扩散系数的计算方法离子扩散系数可以通过实验测定来得到，例如等时间浸泡法、恒电流电化学法、计时法等。
在实验测定中，需要控制实验条件，如温度、浓度等，以获得准确的数据。
此外，离子扩散系数也可以通过理论计算来得到，常用的方法包括分子动力学模拟、电化学扩散模拟等。
5. 离子扩散系数的应用离子扩散系数在科学研究和工程应用中具有广泛的应用。
在电化学中，离子扩散系数常用于描述电极表面的离子传输过程，以及电化学反应动力学的研究。
在能源领域，离子扩散系数被应用于锂离子电池等电化学储能设备的设计和优化。
在环境科学中，离子扩散系数用于描述水体中各种离子的传输和分布规律，以及海水淡化工艺等过程的研究。
6. 结论离子扩散系数是描述离子在空间中传递的物理量，其大小受多种因素的影响，包括温度、浓度、电场强度、离子大小、溶剂极性等。
对离子扩散系数的研究有利于深入理解离子传输的机制和物理过程，为科学研究和工程应用提供有力的支持。
锂离子扩散系数的电化学测量方法课件
目 录
• 锂离子电池简介 • 电化学测量方法基础 • 锂离子扩散系数的测量原理 • 实验设计与操作 • 数据处理与分析 • 实验结果的应用与展望
contents
01
CATALOGUE
锂离子电池简介
锂离子电池的工作原理
锂离子电池通过锂离子在正负极之间的迁移实现充放电过程。
02
CATALOGUE
电化学测量方法基础
电化学测量方法的原理
测量原理
通过测量电极上电流或电 位随时间的变化，利用相 关公式计算锂离子的扩散 系数。
实验装置
包括电解池、恒电位仪、 恒流仪、数据采集系统等。
实验操作
将电极置于含有锂离子的 电解液中，施加一定的电 位或电流，记录相关电学 参数。
电极反应动力学基础
数据采集与处理系统
选择合适的数据采集与处理系统，用于实时 采集和记录实验数据。
实验步骤的设计与操作
准备电极和电解液
根据上述材料选择与准备要求，准备 好电极和电解液。
02
组装电解池
将电极和隔膜放入电解池中，加入电 解液，密封电解池。
01
03
启动实验
通过电化学工作站设置恒电位或恒电 流条件，启动实验。
D= MSD ，其中 D 为锂离子扩散 系数，M为锂离子迁移数，S为电 极表面积，D为锂离子在电极材 料中的平均自由程。
锂离子扩散系数的测量方法
交流阻抗法
通过测量电极系统的交流阻抗随 频率的变化，推算锂离子在电极
材料中的扩散系数。
恒电位阶跃法
通过测量恒电位阶跃下电流响应随 时间的变化，利用Cottrell方程计 算锂离子的扩散系数。
实验结果的展望
HCl和FeCl_2在阴离子交换膜中扩散速度的测定
HCl 和FeCl 2在阴离子交换膜中扩散速度的测定周柏青(武汉水利电力大学,武汉430072)摘 要 本文依据Fick 扩散定律提出了测定HCl 和FeCl 2在阴离子交换膜中扩散速度的方法。
测定结果显示,在1%～10%HCl 、0%～21%FeCl 2和水温14℃～16℃条件下,D 膜和S 203膜HCl 平均扩散速度分别为8.46×10-3m /h 和3.26×10-3m /h ,FeCl 2平均扩散速度分别为3.5×10-4m /h 和1.4×10-4m /h ,预示两膜都能实现废酸中HCl 与FeCl 2的有效分离。
用S 203组装的扩散器分离废酸结果表明,盐酸回收率大于83%,回收酸中Fe 2+小于3g /L 。
关键词:离子交换膜,扩散,酸洗在我国,利用HCl 和FeCl 2在阴离子交换膜中的扩散速度的差异,除去钢铁酸洗废液中FeCl 2的研究始于70年代[1、2],但关于所用阴离子交换膜的扩散性能尤其是膜的扩散速度的数据尚欠缺。
阴离子交换膜的HCl 和FeCl 2扩散速度是衡量膜扩散性能的量化指标,也是设计和操作扩散器的重要基础数据。
它的大小,决定扩散器的工程投资、酸液的回收成本和回收酸液的质量,以及影响扩散器的优化运行。
1 原 理测试池用阴离子交换隔成两室,左室盛钢铁盐酸酸洗废液,右室装除盐水。
为防止膜界面浓差极化,两室设同速搅拌装置。
在左右两室浓度差推动下,左室中H +、Fe 2+和Cl -都有通过膜内孔道进入右室的趋向,但因阴离子交换膜内孔道壁呈正电场,左室中的阴离子Cl -优先于阳离子H +和Fe 2+穿过膜进入右室水中。
Cl -扩散迁移的同时,为维持溶液电中性,必然携带摩尔的阳离子H +和Fe 2+一同进入右室,右室中HCl 和FeCl 2浓度上升。
设:左、右两室溶液体积分别为V 1和V 2,且不随时间变化,左、右两室中,i 物质起始浓度分别为C i 10和C i 20,经过扩散时间t 后,其浓度分别为C i 1t 和C i 2t ,扩散的该物质量为m it ,膜有效面积为S ,膜厚度为d ,i 在膜中的扩散系数为D i ,则任一时刻t 左室与右室离子浓度差△C it 为△C it =C i 1t -C i 2t =(C i 10-m it /V 1)-(C i 20+m it /V 2)=△C i 0-V 1+V 2V 1V 2mit式中△C i 0=C i 10-C i 20。
锂离子扩散系数的电化学测量方法
C Li t
DLi
2CLi x 2
（1）
式中：x是从Li+从电解质/电极材料 界面扩散进入电极的距离；
CLi+为锂离子扩散至x处的浓度；t为扩散时间； DLi+为锂离子扩散系数。 根据相关文献可解上述方程：
4
CLi (x,t) Cs (Cs C0 )
0
{ 1 sin[(2n 1)x]exp[
电路的阻抗：
Z
R
jCd
1 1
Rct 1/ 2 (1
j)
实部：
虚部：
EIS技术测定扩散系数机理
低频极限。当足够低时， 实部和虚部简化为：
消去，得：
Nyquist图上扩散控制表现为倾斜角 /4(45)的直线。
EIS技术测定扩散系数机理
在频率ω足够低时产生了浓度梯度，电极过程主要为扩散控制过程，电极电 位与反应物浓度符合能斯特方程。
目录
1
研究背景及意义
2 恒电流间歇滴定法
3 恒电位间歇滴定法
4
交流阻抗法
5
循环是扩散系数？
扩散：物质从高浓度向低浓度处传输，致
使浓度向均一化方向发展的现象。
扩散系数：单位浓度梯度作用下粒子的扩
散传质速度（Di）。
Fick第一律：Ji = - Di (dci/dx) Di 量纲：cm2 s-1
电极电势的振幅限制在10mV以下，更严格时为5mV以下。
EIS技术测定扩散系数过程
电极过程中的扩散过程会由于浓度极化而引起Warburg阻抗，电极过程 由电荷传递过程和扩散过程 共同控制，则电化学系统的等效电路可简单表示为：
其中：
RΩ — 电解液和电极之间的欧 姆电阻
有机聚合物去离子膜Ions交换效果数值计算评估
有机聚合物去离子膜Ions交换效果数值计算评估有机聚合物去离子膜（Organic polymer ion exchange membrane, IEM）是一种具有良好离子选择性和离子传输功能的薄膜材料。
广泛应用于蓄电池、燃料电池、电解水和离子选择性传感器等领域中。
在这些应用中，了解有机聚合物去离子膜的离子交换效果对设计和优化离子交换系统具有重要意义。
为了评估有机聚合物去离子膜的离子交换效果，一种常用的方法是通过计算评估数值。
以下将介绍几种常见的数值计算方法和评估指标。
一、离子选择性系数计算（Ionic Selectivity Coefficient Calculation）离子选择性系数是衡量离子交换膜对不同离子的选择性的一个重要指标。
离子选择性系数可以通过以下公式计算得出：K_AB = (cbA / caA) / (cbB / caB)其中，K_AB 是离子选择性系数，cbA 和 cbB 分别是膜中离子 A 和离子 B 的浓度，caA 和 caB 是溶液中离子 A 和离子B 的浓度。
离子选择性系数的值越大，表示膜对离子 B 具有更高的选择性。
通过计算不同离子的选择性系数，可以评估有机聚合物去离子膜的离子选择性能力。
二、离子传输速率计算（Ion Transport Rate Calculation）离子传输速率是衡量有机聚合物去离子膜的离子传输能力的指标。
离子传输速率可以通过以下公式计算得出：J = K × Δc其中，J 是离子传输速率，K 是离子传输率，Δc 是膜表层浓度梯度。
通过计算离子传输速率，可以了解有机聚合物去离子膜对离子的传输能力，从而评估其在各种应用中的性能。
三、离子交换容量计算（Ion Exchange Capacity Calculation）离子交换容量是衡量有机聚合物去离子膜对离子进行交换的能力的指标。
离子交换容量可以通过以下公式计算得出：IEC = (W × C) / m其中，IEC 是离子交换容量，W 是膜的质量，C 是离子浓度，m 是膜样品中离子交换基团(mmol)。
锂离子扩散系数的测定及影响因素分析
锂离子扩散系数的测定及影响因素分析锂离子扩散系数是衡量锂离子在材料中传导的能力的一个重要参数。
它的大小可以反映出材料的电导率和锂离子的迁移能力。
锂离子扩散系数的测定方法有很多种，其中常用的有电化学恒流扩散法（DCDF）、热化学扩散法（HCD）和电化学动力学（EIS）等。
电化学恒流扩散法是利用电化学反应产生的电流来测定锂离子扩散系数的方法。
在这种方法中，将测试样品与电极接触，然后通过调节电流大小来控制电化学反应的速率。
随着电流的增大，锂离子的迁移速率也会增大，从而使得锂离子扩散系数也会增大。
热化学扩散法是利用材料在加热过程中锂离子的迁移来测定锂离子扩散系数的方法。
在这种方法中，将测试样品加热到一定温度，然后通过测量样品的温度和锂离子浓度的变化来计算锂离子扩散系数。
电化学动力学是利用材料在电化学反应过程中电流的变化来测定锂离子扩散系数的方法。
在这种方法中，将测试样品与电极接触，然后通过扫描电位的方式来进行电化学反应，并测量电流的变化。
由于锂离子扩散系数与电流有关，因此可以通过分析电流的变化来推算出锂离子扩散系数。
锂离子扩散系数受到许多因素的影响，其中包括材料的结构、温度、pH值、电解质浓度和电位等。
材料的结构对锂离子扩散系数有很大影响。
例如，当材料的结构越来越纳米化时，锂离子扩散系数就会越来越大。
这是因为纳米材料的晶界面积比较大，锂离子可以更容易地在晶界间扩散。
温度对锂离子扩散系数也有很大影响。
随着温度的升高，锂离子的运动能力会增强，因此锂离子扩散系数也会增大。
pH值也会对锂离子扩散系数产生影响。
当pH值变化时，材料中的锂离子会发生电荷转移，这会导致锂离子扩散系数的变化。
电解质浓度也会影响锂离子扩散系数。
当电解质浓度增加时，电解质分子会增多，这会使得锂离子的迁移能力变差，导致锂离子扩散系数变小。
电位也是影响锂离子扩散系数的因素之一。
当电位变化时，材料中的锂离子会发生电荷转移，这会导致锂离子扩散系数的变化。
电解质溶液中离子迁移速率的测量方法
电解质溶液中离子迁移速率的测量方法电解质溶液中离子迁移速率的测量是一项重要的实验技术，可以用于研究离子在液相中的传输过程，以及评估电解质材料的导电性能。
本文将介绍几种常见的测量方法，并对各自的优缺点进行分析。
一、离子迁移速率测量方法之电导法电导法是最常用的离子迁移速率测量方法之一。
该方法利用电解质溶液中离子所带来的电流导电性来间接反映离子的迁移速率。
具体操作时，将两个电极插入电解质溶液中，施加一定的电压并测量通过溶液的电流。
根据欧姆定律，电流与电压成正比，通过测量电流和电压的关系，可以计算出离子的迁移速率。
优点：电导法测量简便快捷，不需要复杂的设备和操作。
同时，该方法不会对离子的迁移速率产生直接影响，测量结果相对准确。
缺点：电导法只能测量离子的总迁移速率，无法区分不同离子的贡献。
此外，电解质溶液中离子浓度的变化会对测量结果产生影响。
二、离子迁移速率测量方法之扩散法扩散法是测量离子迁移速率的常用方法之一。
该方法基于离子自由扩散的现象，利用离子在浓度梯度下由高浓度区向低浓度区传输的速度来反映离子的迁移速率。
具体操作时，将两个电解质溶液分开，通过半透膜或离子选择性电极形成浓度梯度，并测量离子从一个溶液向另一个溶液扩散的速度。
优点：扩散法可以研究不同离子的迁移速率，对于混合离子溶液的测量较为准确。
此外，该方法操作简单，无需复杂设备。
缺点：扩散法需要一段时间才能达到平衡状态，且对于离子浓度较低的溶液，样品的准备较为困难。
此外，扩散法对于颗粒较大或电荷量较大的离子的测量存在较大误差。
三、离子迁移速率测量方法之电泳法电泳法是一种常用的测量离子迁移速率的方法。
该方法基于离子在电场中受力运动，通过测量离子在电场中移动的距离和时间来反映离子的迁移速率。
具体操作时，将电解质溶液置于电场中，施加一定的电压和电场强度，测量离子移动的距离和时间。
优点：电泳法可以准确测量不同离子的迁移速率，对于复杂溶液体系的测量效果较好。
此外，该方法测量结果可直接得到离子的移动速率。
测定Li_扩散系数的几种电化学方法
电位阶跃技术是电化学研究中的一种常用方法， 亦可用 于 测 定 锂 离 子 在 电 极 材 料 嵌 入 过 程 中 的 扩 散 系 数［６－８］。 该 方 法 简单易行， 只需从恒电位仪上给出电位阶跃信号， 记录电池在 电 位 阶 跃 过 程 中 暂 态 电 流 ｊ（ｔ） 随 时 间 ｔ 的 变 化 ， 根 据 ｊ（ｔ）－ｔ－ １／２ 曲 线 的 斜 率 即 可 计 算 锂 离 子 扩 散 系 数 ＤＬｉ。锂 离 子 在 正 极 材 料
式 中 ： Ｖｍ— —— 摩 尔 体 积 ； ｄＥ／ｄｘ— —— 电 压 － 组 成 曲 线 上 某 点 的 斜 率 ； ｎ— —— 电 荷 转 移 数 ； Ｆ— —— 法 拉 第 常 数 ； Ｓ— —— 电 解 液 与 电 极 之 间 的 接 触 面 积 ； ＤＬｉ— —— 锂 离 子 扩 散 系 数 ； Ｌ— —— 电 极 厚度。
所以：
式 中 ： ａ— ——粒 子 半 径 ； ｒ— ——粒 子 中 某 点 到 中 心 的 距 离 ； Ａ— ——粒 子 表 面 积 ； ｊ （ｔ）— ——扩 散 电 流 密 度 ； $— ——电 位 阶 跃 时 间。
式 中 ： Ｒ— —— 气 体 常 数 ； Ｔ— —— 绝 对 温 度 ； Ｃ— —— 电 极 中 锂 的 浓 度 ； 处 理 后 的 Ｗａｒｂｕｒｇ 系 数 公 式 避 免 使 用 ｄＥ／ｄｘ 值 ， 能 够 迅 速 、方 便 地 计 算 锂 离 子 在 电 极 材代 初 日 本 索 尼 公 司 率 先 推 出 商 品 化 的 锂 离 子 电 池 以 来， 由 于 其 具 有 工 作 电 压 高 、比 能 量 高 、无 污 染 、自 放 电 小 、循 环 寿 命 长 等 优 点 ， 被 大 量 应 用 于 移 动 电 话 、笔 记 本 电 脑 、摄 像 机 等 便 携 式 电 子 设 备 。锂 离 子 电 池 的 正 负 极 材 料 绝 大部分选用能够脱嵌锂离子的层状化合物， 充放电过程中的 主要步骤是锂离子在正负极材料中的脱出 ／ 嵌入， 因此测定 锂离子在正负极材料中的扩散系数具有非常重要的意义。测 定 Ｌｉ＋ 扩 散 系 数 的 电 化 学 方 法 主 要 有 交 流 阻 抗 技 术（ ＡＣ） ， 电 位 阶 跃 技 术（ ＰＳＣＡ） ， 恒 电 流 间 隙 滴 定 技 术（ ＧＩＴＴ） 和 电 流 脉 冲 驰 豫 技 术（ ＣＰＲ） 等 。本 文 将 对 各 种 方 法 的 特 点 进 行 比 较 和讨论。
利用扩散法测定材料扩散系数的实验步骤
利用扩散法测定材料扩散系数的实验步骤引言：在材料科学领域中，了解材料的扩散性能对于设计和改进材料的性能至关重要。
通过扩散法能够测定材料的扩散系数，从而帮助科学家进一步探索材料的特性。
本文将介绍利用扩散法测定材料扩散系数的一般步骤。
1. 实验前准备：首先，准备实验所需的材料和设备。
其中包括所研究的材料样品、扩散体、室温控制设备、计时设备、实验容器等。
确保所有设备和材料的清洁度。
2. 材料准备：将待测材料样品切割成适当的形状和尺寸，确保表面平整。
然后，使用溶剂或高温处理清洁材料表面，以去除任何污染物。
3. 扩散体准备：选择合适的扩散体，常用的扩散体有气体、液体和固体。
液体扩散体可使用水、酒精等；气体扩散体可使用氮气、氢气等。
根据实验要求，调配扩散体的初始浓度。
4. 实验设置：将实验容器分成两个区域，一个是材料样品所在的区域，另一个是扩散体所在的区域。
确保两个区域之间有良好的密封，以防止扩散体泄漏。
5. 实验开始：将事先准备好的材料样品放置在一个密封的实验容器中，并且确保与环境隔绝。
然后，在另一个区域中放入扩散体，并且控制好该区域的温度。
6. 时间测定：开始实验后，使用计时设备记录实验时间的流逝。
根据实验需要，设定一定的时间间隔进行取样，以探测扩散体在材料样品中的浓度变化。
7. 取样分析：在设定的时间间隔内，从实验容器中取出样品，并通过分析测试设备测定样品内的扩散体浓度。
常用的分析测试设备有质谱仪、光谱仪等。
8. 数据处理：使用所得的实验数据进行处理和分析，并绘制扩散体浓度与时间的变化曲线。
根据扩散过程中浓度变化的特点，可以计算出材料的扩散系数。
9. 结果验证：将实验得到的扩散系数与已知数据进行对比和验证。
可以使用文献中的已有数据或者其他实验方法获得的数据进行比较。
10. 结论：根据实验结果和对比分析，得出关于材料的扩散性能和扩散系数的结论。
在实验结论中可以探讨各种因素对于扩散行为的影响，并提出相应的解释和建议。
离子交换膜扩散系数的测定方法评述
离子交换膜扩散系数的测定方法评述
离子交换膜扩散系数的测定是测定离子在离子交换膜中传输速率的方法。
它是
研究离子交换膜性能的重要手段，以评价离子交换膜的扩散性能、选择性和强度，为离子交换膜的科学配方和制备工艺提供理论和实践依据。
离子交换膜扩散系数的测定，一般是采用运动法测定，即利用运动学原理求解
离子在离子交换膜中的传输速率。
采用实验技术，试验管中有两种容积比（例如1：1）、具有一定浓度不相容溶液的溶液，管上装离子交换膜，观察其运动及终点浓
度变化，通过数学模型求解离子在离子交换膜中的传输速率。
相关实验设备有离子交换膜曝气型、离子交换膜渗透型，实验夹板材质可选用
不同的金属板，如激光切割的不锈钢、镀锌钢板、电镀铝板、铝塑板等，实验夹板型号有矩形离子交换膜梯形夹板、圆形盘型离子交换膜夹板等。
实验结果的测量方法类似，通常首先测量离子交换膜偏压，再测量常数C、侯
顿数斜率等参数，从而利用侯顿数线性函数，求解出离子在离子交换膜中的传输速率系数。
总之，离子交换膜扩散系数的测定是一个复杂而应用广泛的测定方法，从而对
离子在离子交换膜中的传输过程进行科学估算，研发离子交换膜应用非常重要。
混凝土氯化物离子扩散系数检测方法
混凝土氯化物离子扩散系数检测方法一、前言混凝土氯化物离子扩散系数是混凝土材料耐久性的一个重要指标，其测量方法可以通过电化学方法、非电化学方法、气相色谱法等。
其中，电化学方法是最为常用的一种测量方法，因其测量结果准确可靠，对混凝土内部结构的有害离子渗透情况可以进行定量的分析，因此得到了广泛的应用。
二、电化学法测量混凝土氯化物离子扩散系数的原理和方法1. 原理混凝土中存在着许多的氯化物离子，当混凝土内部的氯离子浓度达到一定的程度时，会对混凝土的耐久性产生影响。
因此，通过测量混凝土中氯离子的扩散系数，可以了解其内部结构的有害离子渗透情况，以及预测其耐久性的变化。
电化学法测量混凝土氯化物离子扩散系数的原理是利用电导率原理，测量混凝土中氯离子的扩散系数。
2. 方法(1) 实验设备a. 恒电流源b. 计时器c. 恒温水槽e. 天平f. 测量管(2) 实验步骤a. 制备混凝土样品，将混凝土样品切割成不同大小的圆盘形状，并在样品表面打上铜箔电极。
b. 将混凝土样品浸泡在0.3mol/L NaCl溶液中，保持温度在20℃左右，测量样品的电导率。
c. 使用恒电流源施加电流，使样品内部的电势差保持稳定，记录电流和时间的变化。
d. 测量混凝土样品中氯离子的含量，根据电导率原理计算出混凝土氯化物离子扩散系数。
三、非电化学方法测量混凝土氯化物离子扩散系数的原理和方法1. 原理非电化学方法是利用混凝土中氯离子在水中的溶解度与在混凝土中的溶解度之间的差异，通过测量混凝土中氯离子的扩散系数。
2. 方法(1) 实验设备a. 恒温水槽b. 水浴d. 电子天平e. 混凝土样品(2) 实验步骤a. 制备混凝土样品，将混凝土样品切割成不同大小的圆盘形状。
b. 将混凝土样品浸泡在0.3mol/L NaCl溶液中，保持温度在20℃左右，测量样品的电导率。
c. 在恒温水槽中将混凝土样品置于水中，水的温度应保持在20℃左右。
d. 在混凝土样品的中心放置一定量的NaCl水溶液，根据时间和混凝土样品中NaCl离子的扩散情况，计算出混凝土氯化物离子扩散系数。
测试锂离子扩散系数的
，测试锂离子扩散系数的，（锂离子电池方面哦）主要的方法就是EIS+容量滴定，和PITT 方法。
GITT以为测试在理论上存在不准确的问题.
循环伏安可以测试扩散系数，但主要是控制步骤的扩散。
电势阶跃也可以测试扩散系数，如果阶跃电势是极限扩散区，这个扩散系数只是溶液中的扩散。
EIS测试扩散系数，是通过测试扩散控制区对应的warburg阻抗，然后通过warburg阻抗系数西格玛，结合dE/dx值得到离子扩散系数
求D过程：由Z’’与1/(√w)的关系式：
Z’’= σ/(√w)+2σ*σCd，当w趋向于无穷时，Z’’与1/(√w)一定是通过原点的直线，即此直线的截距为零。
然后由图读出任意一条直线的斜率，即为Warburg系数σ。
再根据Warburg系数的关系式：σ=RT/（√2*n*n*F*FC√D）其中C为锂离子在材料中体相浓度，n为转移电子数，F为法拉第常数，而D即为扩散系数。
以磷酸铁锂为例，求解它的浓度，一个磷酸铁锂晶胞中有4个锂原子，而它的晶胞尺寸是8.64×10-22cm3则C=4/（6.02*1023）/（8.64*10-22）=7.69*103mol/m3，ps:乘方打不出来将就下吧。
离子交换膜扩散边界层厚度的测试方法比较
离子交换膜扩散边界层厚度的测试方法比较张文娟;马军;王执伟;刘惠玲【摘要】电化学阻抗谱和线性扫描伏安法均可用来测定离子交换膜扩散边界层的厚度.本文比较了两种方法测定的扩散边界层厚度大小,并考察了不同流速和温度对阳离子交换膜和阴离子交换膜扩散边界层厚度的影响.研究发现:线性扫描伏安法的测试结果高于电化学阻抗谱法的结果,这与前者测试过程中施加电压过高使界面层发生破坏有关;随着流速的增大,电化学阻抗谱测定的扩散边界层厚度显著降低,而线性扫描伏安法的测定值基本不变,前者的测定值更接近实际值;阳离子交换膜和阴离子交换膜的扩散边界层厚度不同,且受温度的影响程度不同.研究结果对于优化离子交换膜的电化学评价技术具有重要意义.%Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Linear sweep voltammetry (LSV) can be used to measure the thickness of diffusion boundary layers (DBL) in ion exchange membranes.The DBL thickness from these two methods was compared and the effects of flow rate and temperature on the DBL thickness of two ion exchange membranes were investigated.It is found that the DBL thickness measured from LSV was higher than that from EIS,which was due to the higher voltage imposed to the membrane leading to the destruction of membrane interface;when the flow rate increased,the DBL thickness decreased for EIS measurements while did not change significantly for LSV measurements,which indicated that the data from EIS was close to the real value;the DBL thickness was different for anion exchange membrane and cation exchange membrane,and the effect of temperature on them was also different.Research results are of major importance for optimization ofcharacterization techniques on membrane transport properties of ion exchange membranes.【期刊名称】《膜科学与技术》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】7页(P12-18)【关键词】离子交换膜;线性扫描伏安法;电化学阻抗谱;扩散边界层厚度【作者】张文娟;马军;王执伟;刘惠玲【作者单位】哈尔滨工业大学市政环境工程学院城市水资源与环境国家重点实验室,哈尔滨150090;哈尔滨工业大学市政环境工程学院城市水资源与环境国家重点实验室,哈尔滨150090;哈尔滨工业大学市政环境工程学院城市水资源与环境国家重点实验室,哈尔滨150090;哈尔滨工业大学市政环境工程学院城市水资源与环境国家重点实验室,哈尔滨150090【正文语种】中文【中图分类】TQ15离子交换膜已被广泛应用到电渗析、反向电渗析和燃料电池等领域中[1-6].近年来，为研究离子交换膜体系中复杂的传输现象，膜的电化学性质和传质机理越来越受到关注.在阳离子交换膜中含有带负电的固定电荷基团，而在阴离子交换膜中则含有带正电的固定电荷基团[7].当一个离子交换膜放置在电解质溶液中并施加一个电流或电压时，膜内电流的导通主要是通过反离子的传输(唐南排斥作用，Donnanexclusion)，而溶液中则通过正、负离子的定向移动，由于膜内反离子的迁移数与溶液中不同，所以溶液和膜表面会形成浓差极化现象.Park[8]证明,离子交换膜体系中包括3个子层：膜本身，双电层和扩散边界层，其中，双电层和扩散边界层构成了离子交换膜的界面层，该层可显著降低体系导电性[9-10].离子交换膜体系的界面特性受膜的物理特性(离子交换容量、表面粗糙度等)和实验条件(电解质浓度、流速、温度等)的影响.实验条件对扩散边界层电阻的影响在很多文献中都有报道[8, 11-13]，而关于扩散边界层厚度随实验条件变化的报道则较少.电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)在早期的电化学资料中被称为交流阻抗(alternative current impedance, AC impedance)，最初应用于研究线性电路网络的频率响应特性，后来引用到电极的研究过程中，成为表征电化学性质的一种方法.现在EIS方法也应用于材料表面特性、电化学反应速率、材料的介电特性和传输性能的研究[14],以及评价复合膜[15]、离子交换膜[8]、双极膜的结构等[16]方面.EIS实验中，在一对电极(一个工作电极和一个对电极)两侧施加一个小振幅的正弦交流电流或电压作为扰动信号，然后通过这两个电极或参比电极测试体系的响应信号.EIS数据的处理(又被称为EIS数据的解析)通常是利用等效电路对数据进行非线性最小二乘法拟合，此方法是最直接有效的解析体系电化学信息的方法[17].在解析离子交换膜的阻抗数据时，膜表面的电容通常被忽略，但是电容值对于表征离子交换膜的表面形态和扩散边界层的厚度是必不可少的.我们在之前的研究中报道了通过电容值和电阻值推导扩散边界层厚度的计算公式[18].本文利用常用的扩散边界层厚度测试方法——线性扫描伏安法(Linear sweep voltammetry, LSV)和EIS分别研究了离子交换膜的扩散边界层厚度随温度和流速的变化，并对两种方法获得的数据进行比较.1 材料与方法1.1 实验材料和药品本文主要研究了两种均相离子交换膜：AEM-Type I阴离子交换膜和CEM-Type I 阳离子交换膜(Fujifilm Manufacturing Europe B.V.Fujifilm，荷兰)，其中，阳离子交换膜中的固定电荷基团为磺酸根[18]，阴离子交换膜中的固定电荷基团为季铵根，两种膜的基本参数如表1所示.其中，膜的厚度为湿膜状态下的值，Zeta电位的测试溶液为1 mmol/L KCl溶液.膜样品的活化步骤如下：在0.5 mol/L氯化钠溶液中浸泡24 h，期间更换4次溶液，以去除膜内残留的化学溶剂.实验中所用药品为氯化钠(科密欧，天津，优级纯)和硫酸钠(科密欧，天津，优级纯).实验中，氯化钠和硫酸钠溶液的浓度均为0.5 mol/L，配置溶液所用的溶剂均为超纯水(电阻率18 MΩ·cm).表1 实验测定的离子交换膜的基本性质[18]Table 1 The list of ion exchange membrane properties determined by experiments[18]离子交换膜厚度/μm离子交换容量/(meq·g-1)溶胀度/%固定电荷密度/(mol·L-1)Zeta电位/mVAEM-TypeI118±21.41±0.141.4±1.03.4±0.165.6±2.0CEM-TypeI132±11.50±0.0166.0±2.92.3±0.1-80.9±1.91.2 实验装置瑞士万通(Metrohm)公司的电化学工作站(PARSTAT302N)用于EIS和LSV测试.测试装置为实验室自制的4电极体系测试装置(如图1所示)：EIS测试装置中所用工作电极和对电极是2个圆片形的Ag/AgCl电极(可减少电极上水分子分解反应的发生)，直径为10 mm；LSV装置中所用工作电极和对电极是2个Pt电极，形状和尺寸与EIS测试装置中的Ag/AgCl电极相同；参比电极是2个放置在鲁金毛细管中的Ag/AgCl电极，主要用于测试膜两侧的电势差和阻抗.4电极测试方法可降低电极-溶液界面的阻抗影响[19-20].两种测试方法的测试槽示意图如图2所示，图中的CEM和AEM分别为CEM-Type I和AEM-Type I.1.工作电极；2.参比电极；3.离子交换膜;4.电化学工作站；5.计算机图1 实验装置示意图Fig.1 Schematic view of the experimental setup1.氯化钠溶液(0.5 mol/L)；2.硫酸钠溶液(0.5 mol/L)；3.待测离子交换膜；4.工作电极和对电极;5.参比电极6.电化学工作站图2 EIS(a)和LSV(b)测试槽示意图Fig.2 Schematic diagrams of the test cells for EIS (a) and LSV (b)1.3 EIS中的扩散边界层厚度的计算公式EIS的测试频率为1 000～0.01 Hz，交流电压的振幅为0.1 V，每次测试取50个点.测试开始前的开路电势(OCP, open circuit potential)设置为装置的初始电势. 在EIS等效电路中，扩散边界层通常表示为一个电阻器(Rd)和电容器(Cd)相并联，如图3所示，其厚度δ的计算公式是：(1)式中，Rd和Cd分别是扩散边界层的电阻值和电容值，并分别表示扩散边界层的导电能力和储存电荷的能力;D为溶液的扩散系数.扩散边界层的电阻值(Rd)和电容值(Cd)可从电化学阻抗谱拟合数据中得出.因此，其厚度可以从方程(1)中计算出来. Rd：扩散边界层的电阻； Cd：扩散边界层的电容图3 电化学阻抗谱中扩散边界层的等效电路示意图Fig.3 Equivalent circuit used to represent the EIS spectra of diffusion boundary layer (DBL)1.4 LSV中的扩散边界层厚度的计算公式LSV的测试电压为0～1.4 V，扫速为0.01 V/s.扩散边界层的厚度通常由线性扫描伏安法中的极限电流密度计算得到，其厚度δ′计算公式如下：(2)式中，Ilim为极限电流密度(A/m2)，z为反离子价态，F为法拉第常数(96 485.33 C/mol)，Cs为电解质溶液浓度，tm和ts分别是反离子在膜内和溶液中的迁移数(溶液中tNa+=0.369，tCl-=0.631).膜内的离子迁移数tm通过计时电位滴定测试方法进行测定[21]，所用装置与图2(b)中的装置相同，其操作方法为：在测试槽两侧施加一个超过极限电流密度值的电流强度(A/m2)，测试膜两侧的过渡时间(τ, s)，然后通过Sand方程计算有效离子迁移数，计算公式如下：(3)实验中分别选择了4个不同的电流值(均高于极限电流密度)，持续时间为50 s或达到电化学工作站的最大槽压10 V时为止.2 结果与讨论2.1 EIS测试结果研究对象的电化学信息可通过将EIS实验数据利用等效电路进行拟合得到，本文所用的等效电路与文献[18]中相同.图4为离子交换膜CEM-Type I在0.5 mol/L NaCl溶液中不同流速下的Nyquist图，温度为(20±2) ℃.Nyqui st图中曲线与实轴(x轴)在高频处的交点(1 000 Hz)对应着膜和溶液的电阻之和(Rm+s)，该值基本上与溶液的流速无关，而曲线与实轴在低频处的交点对应于该体系的总电阻(Rm+s+Redl+Rd)，从图中可以看出该值随着流速的增大明显降低.低频下的圆弧对应的是扩散边界层，从图中可以看出，随着流速的增大，圆弧的半径逐渐减小，说明扩散边界层的电阻和电容逐渐减小.图4 膜CEM-Type I在不同流速下的Nyquist图Fig.4 Nyquist plot of CEM-Type II with different flow rate图5为离子交换膜CEM-Type I在0.5 mol/L NaCl溶液中不同温度下的Nyquist 图，其流速为1 cm/s.从图中可以看出，随着温度的升高，曲线与实轴(x轴)在高频处的交点(1 000 Hz)，即膜和溶液的电阻之和显著降低，且代表扩散边界层的圆弧半径减小(可通过圆弧顶点的纵坐标比较).图5 膜CEM-Type I在不同温度下的Nyquist图Fig.5 Nyquist plot of CEM-Type II with different temperature2.2 LSV测试结果极限电流密度可以通过LSV曲线中两条直线的交点求出.图6和7分别为膜CEM-Type I在不同流速和不同温度下的LSV曲线.从图6中可以看出，电流-电压曲线随流速的变化不明显，达到极限电流后，继续增加膜两侧的电压，曲线呈现波动的趋势，该现象与溶液的对流现象有关[22].从图7中可以看出，随着温度的升高，极限电流密度逐渐增大.LSV曲线中，当低于极限电流时，膜电流与施加电压成正比——随施加电压的增大而增大，电流-电压曲线的斜率为膜电阻的倒数(1/R).从图6中可以看出，低于极限电流时，电流-电压曲线的斜率随流速基本不变，说明流速对膜电阻的影响不大.而图7中，电流-电压曲线的斜率随温度的增大而增大，说明膜电阻随温度增大而减小.图6 膜CEM-Type I在不同流速下的电流-电压图Fig.6 Current-voltage plot of CEM-Type II with different flow rate图7 膜CEM-Type I在不同温度下的电流-电压图Fig.7 Current-voltage plot of CEM-Type II with different temperature2.3 流速对扩散边界层厚度的影响本节研究了流速对AEM-Type I和CEM-Type I两种离子交换膜扩散层厚度的影响，流速分别为1、2、3、4 cm/s，EIS和LSV的计算结果如图8所示.从图中可以看出，两种方法测出的扩散边界层厚度均在几十～几百μm范围，与Choi[23]，Amatore[24]及Shaposhnik[25]等的结论一致，而且阴离子交换膜AEM-Type I的扩散层厚度高于阳离子交换膜CEM-Type I，这与我们之前的研究结果一致[18].在两个图中，LSV方法测出的厚度均高于EIS方法测出的值，这是由于LSV测试过程中，电流密度达到极限电流密度后，膜内和膜表面界面层的溶液发生对流[26-27]，界面层的平衡被打破有关，从而使测试结果不准确.根据文献报道[18,23,26-28]，扩散边界层的厚度在几百μm级别时，会受到溶液流速的影响，且研究结果表明，扩散边界层的电阻随流速的增大而降低，如图8中EIS的测试结果所示，其厚度随流速的增大而显著降低，而图中LSV方法测定的厚度值基本上不随流速而变化，因此可以判定EIS方法推算出的扩散边界层厚度更接近实际值.2.4 温度对扩散边界层厚度的影响本节研究了温度对两种离子交换膜扩散边界层厚度的影响，温度分别为10、20、30和40 ℃，实验结果如图9所示.从图中可以看出，随着温度的升高，两种方法测定的扩散边界层厚度均显著降低，这可能是由于溶液中的离子迁移速率随温度的升高而增大，使固定电荷基团和溶液中离子之间静电作用力的屏蔽效应增强.同时，温度升高使膜材料本身的溶胀度等物理性质发生变化及Donnan作用的降低也可能是导致扩散边界层厚度降低的原因.从图中还可以看出，AEM-Type I的扩散边界层厚度受温度的影响比CEM-Type I更明显，这是由溶液中阴、阳离子的迁移速率的不同导致的(υCl-/υNa+ ≈ 1.5).3 结论本文对电化学阻抗谱和线性扫描伏安法两种测定离子交换膜扩散边界层厚度的方法进行了比较研究，并分别考察了不同流速和温度对阴离子交换膜和阳离子交换膜扩散边界层厚度的影响，得到如下结论：图8 流速对(a)AEM-Type I和(b)CEM-Type I扩散边界层厚度的影响Fig.8 The effect of flow rate on diffusion boundary layer thickness of (a) AEM-Type I and (b) CEM-Type I图9 温度对(a)AEM-Type I和(b)CEM-Type I扩散边界层厚度的影响Fig.9 The effect of temperature on diffusion boundary layer thickness of (a) AEM-Type I and (b) CEM-Type I1) LSV测定的扩散边界层厚度高于EIS的测试结果，这与LSV测试过程中施加电压过高，破坏了膜表面界面层有关.LSV方法计算扩散边界层厚度还需要测试膜内离子的迁移数，测试和计算过程更复杂.2) EIS的测试结果表明，扩散边界层厚度随流速的增大而显著降低，而LSV方法测定的厚度值基本上不随流速而变化，与以往研究结果中扩散边界层电阻随流速增大而降低的结果不符，因此可以判定EIS方法推算出的扩散边界层厚度更接近实际值.3) AEM-Type I的扩散边界层厚度高于CEM-Type I，且AEM-Type I的扩散边界层厚度受温度的影响比CEM-Type I更明显，这是由溶液中阴、阳离子的迁移速率的不同导致的(υCl-/υNa+≈1.5).参考文献:[1] Sadrzadeh M, Mohammadi T. 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The real meaning of Nernst's steady diffusion layer concept under non-forced hydrodynamic conditions.A simple model based on Levich′s seminal view of convection[J]. J Electroanal Chem, 2001, 500(1): 62-70.[25] Shaposhnik V A, V asil′eva V I, O.V. Grigorchuk. Diffusion boundary layers during electrodialysis[J]. Russian J of Electrochem, 2006, 42(11): 1202-1207.[26] Larchet C, Nouri S, Nikonenko V. Application of chronopotentiometry to study the diffusion layer thickness adjacent to an ion-exchange membrane under natural convection[J]. Desalination, 2006, 200(1): 146-148.[27] Larchet C, Nouri S, Auclair B, et al. Application of chronopotentiometry to determine the thickness of diffusion layer adjacent to an ion-exchange membrane under natural convection[J].Adv Colloid Interface Sci, 2008,139(1): 45-61.[28] Ota M, Izuo S, Nishikawa K, et al. 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电解质溶液中离子扩散速率的测量与模拟方法
电解质溶液中离子扩散速率的测量与模拟方法电解质溶液中离子扩散速率的测量与模拟方法在化学领域中扮演着重要的角色。
离子扩散速率的准确测量和模拟有助于理解溶液中离子运动的机制，并为电化学和材料科学等领域的研究提供有价值的信息。
本文将介绍一些常用的测量和模拟方法，帮助读者更好地理解和应用这些技术。
一、离子扩散速率的测量方法1. 恒电流充放电法恒电流充放电法是一种常用的测量离子扩散速率的方法。
该方法通过在溶液中施加恒定电流，使得离子在电化学电极之间发生扩散，并测量扩散过程中电位的变化。
根据离子在溶液中的扩散速率，可以计算出扩散系数和离子的迁移数等参数。
2. 时间转换法时间转换法是基于离子在电化学体系中传递的时间和距离之间的关系。
通过测量电位的变化，并将其转化为距离，可以得到离子在溶液中的扩散速率。
这种方法适用于非稳态条件下的扩散过程，并常用于研究不同离子在电化学体系中的迁移行为。
3. 微电极法微电极法是一种通过使用具有小尺寸电极的技术来测量离子扩散速率的方法。
通过使用微电极，可以在空间上高分辨率地测量电位的变化，并得到离子在溶液中的浓度分布。
结合扩散理论，可以得到离子的扩散系数和速率。
二、离子扩散速率的模拟方法1. 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种基于分子间相互作用力的数值模拟方法，可以模拟离子在溶液中的运动行为。
通过在计算机上模拟离子间相互作用力的运动，可以得到离子在溶液中的扩散速率和动力学行为。
这种方法可以提供对离子扩散行为的微观理解，并与实验结果进行比较。
2. 有限元方法有限元方法是一种常用的数值计算方法，可以模拟复杂的物理系统，包括离子在溶液中的扩散行为。
通过将扩散方程离散化，并使用数值方法求解，可以得到离子在溶液中的浓度分布和扩散速率。
这种方法在研究离子在大尺度空间中的扩散行为时非常有用。
3. 蒙特卡洛模拟蒙特卡洛模拟是一种基于随机性的数值模拟方法，可以模拟离子在溶液中的行为。
通过生成随机数来模拟离子的运动过程，并根据离子的位置和速度来计算扩散速率。
总结测定电极反应扩散系数的电化学测试方法及基本原理
总结测定电极反应扩散系数的电化学测试方法及基本
原理
锂离子电池是利用Li+在正负极之间的迁移和扩散，在正负极之间建立Li的浓度差，从而储存电能。
因此Li+在正负极之间的扩散会对锂离子电池性能产生显著的影响，如果我们按照从快到慢的速度为Li+扩散的各个环节排序的话，无疑Li+在电解液之中的扩散是最为迅速的，其次是Li+在正负极表面的电荷交换过程，这一过程的速度就相对较慢了，容易成为限制缓解，而Li+在正负极材料内部的扩散速度是最慢的，这一环节也往往成为限制锂离子电池倍率性能的关键。
作为衡量Li+在活性物质内部扩散速度快慢的关键参数——固相扩散系数也就成为衡量一款材料倍率性能的关键，但是获取材料的这一参数并非简单的事情。
通常来说，计算活性物质固相扩散系数的方法主要有恒电位滴定、恒电流滴定和交流阻抗数据等方法。
采用EIS数据获取材料的扩散系数并不是新提出的概念，在此之前就已经有不少模型采用了交流阻抗中的扩散阻抗值来计算电极或材料的扩散系数，但是这些模型通常都需要结合扩散长度等参数进行计算，而这一数值通常采用电极厚度或颗粒半径等数值近似代替。
而提出的方法仅仅需要采用交流阻抗数据就可以获得计算扩散系数所需要的全部参数。
锂离子扩散系数的测定方法
锂离子扩散系数是指锂离子在电池材料中的运动速度，是电池性能的重要参数。
常用的锂离子扩散系数测定方法有：
1.传统的电化学扩散系数测量方法，主要是通过电化学阻抗谱（EIS）
和循环伏安法（CV）来测量扩散系数。
2.恒电流伏安法（GITT），通过在不同恒定电流下测量电池电动势差
来确定扩散系数。
3.恒电动势伏安法（GSE），通过在不同恒定电动势下测量电流来确
定扩散系数。
4.电化学探针显微镜技术，通过对电池材料表面的锂离子运动进行
实时监测来确定扩散系数。
5.数值模拟，通过对电池材料的数学模型进行模拟计算来确定扩散
系数。
这些方法各有其优缺点，选择哪种方法取决于实验条件，研究目的和对精度的要求。
电导法和互扩散法测定不等价反离子通过离子交换膜的扩散系数
电导法和互扩散法测定不等价反离子通过离子交换膜的扩散系
数
徐铜文;何炳林
【期刊名称】《水处理技术》
【年(卷),期】1997(23)3
【摘要】本文从理论上分析了互扩散法和电导法测定反离子通过离子交换膜的自
扩散系数，用这二种方法测定了Ｃｕ２＋和Ｈ＋通过聚苯醚均相阳膜的自扩散系数，对所得的结果进行了比较和验证。
【总页数】6页(P125-130)
【关键词】电导法;互扩散法;离子交换膜;自扩散系数
【作者】徐铜文;何炳林
【作者单位】南开大学高分子化学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ028.8
【相关文献】
1.微通道无膜扩散法测定阴离子扩散系数 [J], 张晓影;邢立国
2.由电导率测定VO2+在Nafion 1135阳离子交换膜中扩散系数 [J], 桑商斌;黄可龙;刘素琴;李晓刚;王显
3.电导法确定离子交换树脂中反离子的解离度 [J], 靳朝辉;张凤宝;张国亮
4.离子交换膜扩散系数的测定方法评述 [J], 徐铜文;何炳林
5.电解质通过离子交换膜的扩散系数测定 [J], 莫剑雄;刘淑敏
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ln
$C
C
0 1
～t
关系的斜率即可计算D A 。
式( 3) 在实验条件下还可进一步简化,
若 C2n
C
0 1
,
则:
-
ln
$C
C
0 1
=
-
ln
C
01C
2C
0 1
2≈
2
C2
C
0 1
( 4)
因此, 结合式( 3) 和( 4) 有:
C2=
D
A
S
C
0 1
Vd
t
( 5)
实验时, 通过测定右室电导 Q 的变化来测定 C2。在一定浓度范围内, C2 与 Q 成正比, 比例常数
过于简化, 会带来误差, 而且测得的扩散系数包含平衡分配系数 K 值在内( 通常称为表观积分
扩散系数[ 5] ) 。非稳态法以费克第二定律为基础, 理论较为严谨, 而且可直接测得积分扩散系
数[ 5] , 由于这时不需斜率值, 因此也不必作标准曲线, 但该法过程较为复杂, 无限渗阱条件通常
也只能近似达到。
2}
2
( 27)
式中 i 为离子种类, j 为扩散池数, k 为渗析重复次数, m 为初始浓度对( 即实验时不同的初始
浓度数) , X 为权衡因子。
2. 1. 2 实验方法 过程大致同测定电解质溶液的扩散系数, 不过这时离子交换膜用两种电解质的混和液饱
和, 扩散池两室分别加入不同浓度电解质混和液 100ml , 要求两室中反离子总浓度相等, 每隔 一定时间分析两室中反离子的浓度, 由以上各式即可求出相互扩散系数。 2. 2 非稳态法[ 8]
两种膜扩散系数的实验结果
电导的关系
1. 2 非稳态法( 截距法) [ 3]
1. 2. 1 原理
该法的理论依据是费克第二定律, 假设左室为电解质的饱和溶液, 右室为无限渗阱, 测得
右室渗透量( 电导的累加值) 与时间的关系曲线, 再由曲线的直线部分在时间轴上的截距来计
算扩散系数。理论依据如下:
第 22 卷 第 5 期 徐铜文等, 离子交换膜扩散系数的测定方法评述
C7I 和 A 7M 的交换容量分别为: 1. 9×103mol / m3, 2. 6×103mol / m3, 我们根据 D onnan 平
衡关系式( 10) :
C( C+ CR ) = C2
( 10)
可求得 C= 1N 时 N aCl 在 C7I 和 A 7M 膜的分配系数 K 值分别为 0. 429、0. 340, 因此用稳态
又称表观相互扩散系数[
6]
。
( 17) ( 18)
另外, 对离子 1 进行物料衡算:
V
d C 1A dt
=
-
D
A 1-
2 ·S
C1A - C1B d
在 C1A + C1B=
C
0 1A
+
C01B = const 条件下积分得:
( 19)
ln
C
t 1A
-
C
t 1B
$
C
0 1A
=
-
2
D
A 1-
2
S
Vd
t
( 20)
247
费克第二定律:
5C 5t
=
D
52C 5x 2
0<
x<
l
( 7)
边界和初始条件:
C ( 0, t) = 0
C ( d, t) = K Ca
( 8)
C ( x , 0) = K Ca 0< x < d
可对式( 7) 、( 8) 进行拉氏变换[ 4] 进行求解, 得 t 轴上截距 tb( 又称突发时间) 的表达式如下:
B 室中插接 DDS- 11 型电导仪, 开动搅拌马达, 读取不同时间的电导值, 大约 90m in 后停止实 验。
另取 100ml 去离子水加入扩散池的 B 室, 开动搅拌马达, 分别加入 5Ll、10Ll、……、50Ll
待测电解质的标准溶液( 通常取 1N) , 同时读取电导值, 即可绘制标准曲线。
1. 1. 1 原理
扩散池装置如图 1 所示, A 室装电解质溶液,
B 室为蒸馏水和电导电极, 两室都剧烈搅拌以消
除边界层阻力。两室体积相等, 根据费克第一定律
知稳态扩散通量为:
N=
D
K
·C1d
C2 =
DA
·C1 d
C2
对扩散池进行物料衡算:
V
dC dt
1
=
N=
D
A
·C
1d
C2
由 C01= C0, C02= 0, C1 + C2= C01 并积分上式:
因此实验时测定不同时刻时两室的浓度并根据式(
20
)
进行线性回归即可求算
D
A 1-
2
,
再根据分
配系数可求算积分相互扩散系数 D ′1- 2。
微分相互扩散系数 D 1- 2 的计算较为复杂, 利用数值优化逐点求出 D 1 、D 2 再根据式( 16) 计
第 22 卷 第 5 期 徐铜文等, 离子交换膜扩散系数的测定方法评述
K可通过一系列标准电解质溶液的电导值来确定, 于是有:
Q=
KC2 =
KD
A
S
C
0 1
Vd
t
( 6)
1. 1. 2 测定方法
把离子交换膜置于待测溶液中充分平衡后, 取出用滤纸吸干表面的水分, 夹于两扩散池中
间, 准确吸取待测电解质溶液( 通常 1N) 和去离子水各 100m l 分别置于扩散池的 A、B 两室, 在
RT F
D 1 - D 2 ln [ n1 ( D 1n1- D 2n2 ) C1B+
D 1 n1 - D 2n2
n1 ( D 1n1- D 2n2 ) C1A+
D 2n2 CR ] D 2n2CR
( 24)
设定目标函数, 进行参数估值, 确定不同浓度时的 D 1 、D 2 值, 进而求算 D 1- 2。目标函数为:
tb=
-
d2 3D
( 9)
1. 2. 2 测定方法
过程大体同上。由于扩散引起的左室浓度变化很小, 因此左室仍以 1N N aCl 溶液代替饱 和溶液, 右室每隔一定时间取出以新鲜的去离子水代替。实验对 N aCl 的测定结果如图 4。
图 4 时间突发法测定 1N N aCl 溶液在 C7I 和 A 7M 两种膜扩散系数的实验结果
Rm= XRc, m+ RE, m
( 25)
其中:
Rc, m=
2
i
2
j
2
k
{
[
(
( C - theo Cexp Cth eo+ Cex p )
) ûi, ûi, j,
j, k,
k, m
m] /
2} 2
( 26)
RE, m=
2
k
{
[
(
( E - theo Eex p ) ûk, m E + theo Eex p ) ûk, m] /
摘 要 本文叙述了电解质通过离子交换膜的扩散系数、离子的相互扩散系数及自扩散 系数的测定方法、原理, 推导了有关公式, 并对有些方法作了评述和实验上的比较。
关键词: 离子交换膜, 扩散系数
离子交换膜是电渗析的核心部件, 而电解质或离子通过膜的扩散特性是评价离子交换膜 性能的重要指标之一, 同样也是决定整个电渗析器能否正常运行的重要因素。因此研究电解质 或离子通过离子交换膜的扩散问题对水处理技术领域有很重要的意义。本文将分类介绍上述 几种扩散系数的测定方法、基本原理。并对有些公式进行推导。
第 22 卷 第 5 1996 年 10 月
期 T E C HN O L O G水Y处O理F 技W术A T E R T R EA
T
M ENT
VO
ol. ct .
22 No. , 1996
5
离子交换膜扩散系数的测定方法评述
徐铜文 何炳林
( 南开大学高分子 化学研究所, 天津 300071)
1 电解质的扩散系数
由于电解质通过离子交换膜的扩散取决于同离子的扩散, 因此电解质的扩散系数也就相
当于同离子的扩散系数, 对该值的测定可通过测定溶液的电导或浓度计算电解质的扩散通量,
而用斜率法( 稳态法) 和截距法或时间突发法( 非
稳态法) 间接计算扩散系数。
1. 1 稳态法( 斜率法) [ 1- 2]
实验的结果如图 2 和 3 所示, 计算 1N NaCl 溶液在国外阳膜 C7I- MOO/ O 的扩散系数 为 1. 492×10- 11 m2 / s, 阴膜 A 7M - IO O A 的扩散系数为 8. 34×10- 11m 2/ s。
图 2 斜率法测定 N aCl 在 C7I 和 A 7M 图 3 1N N aCl 标准溶液的加入量与溶液
2 DAS Vd
t
=
-
ln
$C
C
0 1
( 1)
( 2)
图 1 扩散系数测定装置示意图 ( 3) 1. 电导仪 2. 扩散池右室 3. 扩散池左室
4. 离子交换膜 5. 搅拌浆 6. 直流电机( 6～9V )
¹ 收稿日期: 96技术
第 22 卷 第 5 期
因此由-
由上图计算 N aCl 在以上两种膜的扩散系数分别为 C7I 阳膜: 2. 718×10- 11 m2 / s ( tb =
43. 25min) , A 7M 阴膜: 9. 872×10- 11m 2/ s( tb = 52. 9min) 。