電化學工作站的工作原理以及應用

更新時間：2021-03-23

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　　電化學工作站在電池檢測中占有重要地位，它將恒電位儀、恒電流儀和電化學交流阻抗分析儀有機地結合，既可以做三種基本功能的常規試驗，也可以做基于這三種基本功能的程式化試驗。在試驗中，既能檢測電池電壓、電流、容量等基本參數，又能檢測體現電池反應機理的交流阻抗參數，從而完成對多種狀態下電池參數的跟蹤和分析。

　　1.穩態測試：恒電流法及恒電勢法

　　所謂的穩態，即電化學參量(電極電勢，電流密度，電極界面狀態等)變化甚微或基本不變的狀態。常用的穩態測試方法，當然就是恒電流法及恒電勢法，故名思意，就是給電化學體系一個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工作站來實現這種條件。通過在電化學工作站簡單地設置電流或電勢以及時間這幾個參數，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：活性材料的電化學沉積以及金屬穩態極化曲線的測定等等。

　　2.暫態測試：控制電流階躍及控制電勢階躍法

　　所謂的暫態，當然是相對于穩態而言的。在一個穩態向另一個穩態的轉變過程中，任意一個電極還未達到穩態時，都處于暫態過程，如雙電層充電過程，電化學反應過程以及擴散傳質過程等。

　　常見的方法要數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，也叫計時電位法，即在某一時間點，電流發生突變，而在其他時間段，電流保持相應的恒定狀態。

　　同理，控制電勢階躍法也就是計時電流法，即在某一時間點，電勢發生突變，而在其他時間段，電勢保持相應的恒定狀態。

　　利用這種暫態的控制方法，一般可以探究一些電化學變化過程的性質，如能源存儲設備充電過程的快慢，界面的吸附或擴散作用的判斷等。計時電流法還可以用以探究電致變色材料變色性能的優劣。

　　3.伏安法：線性伏安法，循環伏安法

　　伏安法應該算是電化學測試中常用的方法，因為電流、電壓均保持動態的過程，才是常見的電化學反應過程。一般而言，伏安法主要有線性伏安法以及循環伏安法，兩者的區別在于，線性伏安法“有去無回”，而循環伏安法“從哪里出發就回哪去”。線性伏安法即在一定的電壓變化速率下，觀察電流相應的響應狀態。同理，循環伏安法也是一樣，只不過電壓的變化是循環的，從起點到終點再回到起點。

　　線性伏安法使用的領域較廣，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。而循環伏安法，主要用以探究超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

　　交流阻抗法的主要實現方法是，控制電化學系統的電流在小幅度的條件下隨時間變化，同時測量電勢隨時間的變化獲取阻抗或導納的性能，進而進行電化學系統的反應機理分析及計算系統的相關參數等。交流阻抗譜可以分為電化學阻抗譜(EIS)和交流伏安法。EIS探究的是某一極化狀態下，不同頻率下的電化學阻抗性能；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間的變化。

　　由于采用小幅度的正弦電勢信號對系統進行微擾，電極上交替出現陽極和陰極過程，二者作用相反，因此，即使擾動信號長時間作用于電極，也不會導*化現象的積累性發展和電極表面狀態的積累性變化。因此EIS是一種“準穩態方法”。通過EIS，我們一般可以分析出一些表面吸附作用以及離子擴散作用的貢獻分配，電化學系統的阻抗大小、頻譜特性以及電荷電子傳輸的能力強弱等等。

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