交流阻抗技术测量聚合物电解质离子电导率

1、实验交流阻抗技术测量聚合物电解质离子电导率、实验目的1、了解交流阻抗技术原理及应用2、应用交流阻抗技术测定聚合物电解质离子电导率、实验原理交流阻抗法是一种以小振幅的正弦波电位（或电流）为扰动信号，叠加在外加直流电压上，并作用于电解池。通过测量系统在较宽频率范围的阻抗谱，获得研究体系相关动力学信息及电极界面结构信息的电化学测量方法。例如，可从阻抗谱中含有时间常数个数及其大小推测影响电极过程的状态变化情况，可以从阻抗谱观察电极过程中有无传质过程的影响等。本实验采用交流交流阻抗技术测量聚合物电解质离子电导率。基本测试电池回路的等效电路示于图 1。其中 Cdi 是双电层电容，由电极/电解质界面的相反电

2、荷形成，Cg 是两个平行电极构成的几何电容，它的数值较双电层电容 Cdi 小。Rb 为电解质的本体电阻。aRbCdI图 1 测试电池的等效电路由图 1 等效电路计算得相应的阻抗值:Z=CdlRb_CgCdi2涮猛Z_(CgCdi)2-2C(2|C2R2J-.(CgCdi)2-3CdlC2R2虚部:CgCdi%22月月-Z=(Cg忙忙dl)2%3C2。2%在低频区一0,式（2）简化为C料Z1=（CgCd|）2(1)其中，实部：cdiRZ1(CgCdl)2%2区电区电(3)当 CdiCg 时，则 Cg/Ch 一 0 得到：Z1=Rb（4）此时图1简化成纯电阻Rb,在复平面图上是一条垂直于实轴并与实

3、轴交于Rb的直线。在高频区一 0,当 cdiCg 时式（2）简化为RbZ1=1,2C2R2而式(3)简化为C科-Z=1%2c科将式(5)与式(6)中的削去可得_2_2_2(Z-Rb/2)(-Z)=R/4式（7）表示的是一个以（Rb/2,0）为圆心，Rb/2 为半径的圆方程。在复平面图上表现为一个半圆。综合式（4）和（7）,与图 1 对应的阻抗图谱如图 2 所示。该阻抗图是标准的半圆（高频部分），外加一条垂直于实轴 Z1 的直线（低频部分）(5)(6)图 2 与图 1 等效电路对应的阻抗图谱由图 2 中直线与实轴的交点，可求出本体电解质的电阻值Rb。通过测定测试电池的电极面积 A 与聚合物电解质

4、膜的厚度 d,即可求的该导电聚合物的电导率：在实际聚合物电解质电导率测量中，通常得到的是由压扁的半圆和倾斜的尾线组成，如图 3 所示。因此仅用电阻和电容组成的等效电路，不能很好的解释电极/电解质界面双电层。近年来，人们采用固定相元 cpe 作为等效元件来解释阻抗数据。所谓固定相元 cpe,可想象为一个漏电容，其性质介于电阻与电容之间，其阻抗表达式为：Zcpe=K（j）0=KFcos（p 兀/2）-j（sin（p 兀/2）其中，0p1,K 为常数将固定相元 cpe 引入聚合物电解质测定的等效电路中能较好地解释图 2 与图(Jd-1,RdA(s.cm)3 阻抗图谱的不同。(具体推导过程略)在低频区阻抗图上，是一条与实轴相交于 O(Rb,0)点并与实轴呈 pjt/2 角度的一条直线，在高频区为一旋转放大的图 3 聚合物电解质阻抗图三、实验步骤将一定尺寸聚合物电解质膜夹在两片金属电极间，连接好测量线路2、在电化学综合测试仪 SolartronSI1287+SI1260 上测定样品的