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電化學(xué)工作站的基本原理及應(yīng)用

閱讀:2692      發(fā)布時(shí)間:2021-4-21
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  1.穩(wěn)態(tài)測試:恒電流法及恒電勢法
  所謂的穩(wěn)態(tài),即電化學(xué)參量(電極電勢,電流密度,電極界面狀態(tài)等)變化甚微或基本不變的狀態(tài)。較常用的穩(wěn)態(tài)測試方法,當(dāng)然就是恒電流法及恒電勢法,故名思意,就是給電化學(xué)體系一個(gè)恒定不變的電流或者電極電勢的條件。
  通常我們可以利用恒電位儀或者電化學(xué)工作站來實(shí)現(xiàn)這種條件。通過在電化學(xué)工作站簡單地設(shè)置電流或電勢以及時(shí)間這幾個(gè)參數(shù),就可以有效地使用這兩種方法啦。該方法用的比較多的地方主要有:活性材料的電化學(xué)沉積以及金屬穩(wěn)態(tài)極化曲線的測定等等。
  2.暫態(tài)測試:控制電流階躍及控制電勢階躍法
  所謂的暫態(tài),當(dāng)然是相對于穩(wěn)態(tài)而言的。在一個(gè)穩(wěn)態(tài)向另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中,任意一個(gè)電極還未達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí),都處于暫態(tài)過程,如雙電層充電過程,電化學(xué)反應(yīng)過程以及擴(kuò)散傳質(zhì)過程等。
  較常見的方法要數(shù)控制電流階躍法以及控制電勢階躍法這兩種。控制電流階躍法,也叫計(jì)時(shí)電位法,即在某一時(shí)間點(diǎn),電流發(fā)生突變,而在其他時(shí)間段,電流保持相應(yīng)的恒定狀態(tài)。
  同理,電化學(xué)工作站控制電勢階躍法也就是計(jì)時(shí)電流法,即在某一時(shí)間點(diǎn),電勢發(fā)生突變,而在其他時(shí)間段,電勢保持相應(yīng)的恒定狀態(tài)。
  利用這種暫態(tài)的控制方法,一般可以探究一些電化學(xué)變化過程的性質(zhì),如能源存儲設(shè)備充電過程的快慢,界面的吸附或擴(kuò)散作用的判斷等。計(jì)時(shí)電流法還可以用以探究電致變色材料變色性能的優(yōu)劣。
  3.伏安法:線性伏安法,循環(huán)伏安法
  伏安法應(yīng)該算是電化學(xué)測試中較為常用的方法,因?yàn)殡娏鳌㈦妷壕3謩討B(tài)的過程,才是常見的電化學(xué)反應(yīng)過程。一般而言,伏安法主要有線性伏安法以及循環(huán)伏安法,兩者的區(qū)別在于,線性伏安法“有去無回”,而循環(huán)伏安法“從哪里出發(fā)就回哪去”。線性伏安法即在一定的電壓變化速率下,觀察電流相應(yīng)的響應(yīng)狀態(tài)。同理,循環(huán)伏安法也是一樣,只不過電壓的變化是循環(huán)的,從起點(diǎn)到終點(diǎn)再回到起點(diǎn)。
  線性伏安法使用的領(lǐng)域較廣,主要包括太陽能電池光電性能的測試,燃料電池等氧還原曲線的測試以及電催化中催化曲線的測試等。而循環(huán)伏安法,主要用以探究級電容器的儲能大小及電容行為、材料的氧化還原特性等等。
  4.交流阻抗法
  電化學(xué)工作站交流阻抗法的主要實(shí)現(xiàn)方法是,控制電化學(xué)系統(tǒng)的電流在小幅度的條件下隨時(shí)間變化,同時(shí)測量電勢隨時(shí)間的變化獲取阻抗或?qū)Ъ{的性能,進(jìn)而進(jìn)行電化學(xué)系統(tǒng)的反應(yīng)機(jī)理分析及計(jì)算系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)等。交流阻抗譜可以分為電化學(xué)阻抗譜(EIS)和交流伏安法。EIS探究的是某一極化狀態(tài)下,不同頻率下的電化學(xué)阻抗性能;而交流伏安法是在某一特定頻率下,研究交流電流的振幅和相位隨時(shí)間的變化。

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