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1、电化学工件站简介,-报告人：谢玉强2013.8.30,主要内容,1.基本原理和结构2.主要测试方法3.交流阻抗法,1.基本原理和结构,CS310型电化学工作站前面板绿色的工作电极WE 红色的辅助电极CE 黄色的参比电极RE黑色的屏蔽地线,电路原理图,三电极体系,2.基本应用和测试方法,2.1 应用领域2.1.1 研究电化学机理，对物质进行定性和定量分析2.1.2 常规电化学测试，包括电合成和电沉积（电镀）性能评价2.1.3 功能和能源材料，如电池、超级电容器、纳米材料、生物传感器等材料的机理和制备研究2.1.4 缓蚀剂、水质稳定剂、涂层以及阴极保护效率快速评价以及氢渗测试等2.1.5 金属材料
2、在导电性介质（包括水/混凝土等环境）中的腐蚀电化学测试,2.2 常用测试方法2.2.1 稳态测试方法，包括恒电位极化、动点位扫描、恒电流极化、动电流扫描2.2.2 暂态电化学测试，包括恒电流阶跃、恒电位阶跃2.2.3 电分析化学方法，包括线性扫描伏安、循环伏安、方波循环伏安2.2.4 线性扫描溶出伏安2.2.5 双恒电位测量2.2.6 交流阻抗测试，包括阻抗频率扫描、阻抗时间扫描、阻抗电位扫描,Corrtest 软件主界面,3.交流阻抗测试,3.1 阻纳的由来 R=H(s)*PH（s）：传输函数，R和P是响应和扰动函数的拉氏变换。如果扰动为正弦波，则传输函数称为频响函数。,3.1.2 测量传输
3、函数对系统的要求1.因果性2.线性3.稳定性,3.2 Nyquist图和Bode图,3.3 电极过程,3.3.1 电极系统电极系统：由离子导体相和电子导体相组成，并且在相互接触的界面上有电荷在两相之间移动。电极反应：电极系统中伴随着电荷转移而在两相界面上发生的化学反应电极反应包含相内的传质过程和相界面的反应过程。电极反应由一系列步骤串联而成的复杂过程，在定常态下，阻力最大的步骤称为决速步骤。,3.3.2 锂电池电极过程模型包括吸附模型和表面层模型表面层模型,实用化嵌合物电极的嵌锂模型,3.4 EIS的目的和数据处理方法,EIS是研究电极反应动力学以及电极界面现象的重要的电化学方法。目的：1、通
4、过EIS的谱图，确定等效电路或数学模型，推测电极系统中包含的动力学过程及其机理。2、确定模型中的相关参数值，从而估算有关过程的动力学参数。,数据处理方法：1、已知阻抗谱对应的数学模型或等效电路，可先确定数学物理模型，然后将阻抗谱对模型进行曲线拟合，求出数学模型中各参数的参数值。2、阻抗谱较复杂，首先逐个求解每段所对应的等效元件的参数，从测得的阻抗谱中求出最可能的等效电路，然后将整个阻抗谱所确定的物理模型进行曲线拟合，确定等效元件的参数，该方法称为阻抗谱数据的解析,3.3 等效元器件及其特性,3.3.1 等效元器件的阻纳和图形特征1.等效电阻,2023/3/28,2.等效电容3.等效电感,3.3
5、.3 两个特殊的等效元器件常相位角元件Q电双层电容的频响特性和纯电容有或大或小的偏移，称为弥散效应，该等效元器件用Q表示，其阻纳和相位角的正切分别为,Q有两个参数：一个参数是Y0，其单位是-1 cm-2s-n，取正值；另一个参数是n，它是无量纲的指数。当n=0时，Q就相当于电阻，Y0=1/R;当n=1时，Q就相当于电容，Y0=C,Y=jwC，Z=-j/(wC);当n=-1时，Q就相当于电感，Y0=1/L,Y=-j/(wL)，Z=-jwL;当n=0.5时，Q就相当于由半无限扩散引起的韦伯（Warburg）阻抗，Y0=1/L,Y=-j/(wL)，Z=-jwL；当0.5n1时，Q具有电容性，可替代双
6、电层电容作为界面双电层的等效元件。,2.平面电极的半无限扩散阻抗等效元器件W半无限扩散：厚度可以近似的认为是无限的滞留层的扩散过程。电极系统中在恒温静置的溶液中的扩散过程可以近似的认为是半无限扩散。扩散阻抗的表达式为：当频率远大于2D/L2时当频率远小于2D/L2时,2023/3/28,3.3.1 电路描述码或CDC（Circuit description code,）在偶数组数的括号（包括没有括号的情况）内，各个元件或复合元件相互串联；在奇数组数的括号内，各个元件或复合元件相互并联，如下图中的电路和电路描述码。,2023/3/28,使用锂离子嵌合物电极的EIS应包括6个部分：1、超高频区（1
7、0KHz以上），与锂离子和电子通过电解液、隔膜、导线等有关的欧姆电阻，在EIS上表现为一个点。2、高频区，与锂离子通过SEI膜有关，表现为一个半圆，此过程可以用电阻R和电容C的并联电路来表示3、中高频区，与电子在活性物质颗粒中的运输有关，表现为一个半圆，可以用电阻R和电容C的并联电路来表示,2023/3/28,4、中频区，与电荷传递过程相关的一个半圆，也可以通过电阻R和电容C的并联电路来表示5、低频区，为一条与锂离子在活性材料颗粒内部固体扩散有关的斜线，可以用Warburg阻抗Zw来表示。6、极低频区（0.01Hz），与活性材料晶体结构的改变或新相的生成相关的一个半圆以及锂离子在活性材料中的累
8、计和消耗有关的一条垂线，此过程可以用Rb和Cb的并联电路与Cint组成的串联电路表示Rb和Cb为表征活性材料颗粒本体结构改变的电阻和电容，Cint为表征锂离子在活性材料累计或消耗的嵌入电容。,2023/3/28,3.4 测试过程3.4.1 打开测试方法,3.4.2 设置测试信息,3.4.3 采集数据,3.4.4 建立模拟电路,3.4.5 求值,谢谢,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
