电化学工作站省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

电化学工作站原理与应用1/25目录1、电化学工作站基本概述2、电化学测试方法3、电化学工作站原理及其详细应用2/251.1电化学工作站基本概述电化学工作站在电池检测中占有主要地位，它将恒电位仪、恒电流仪和电化学交流阻抗分析仪有机地结合，既能够做三种基本功效常规试验，也能够做基于这三种基本功效程式化试验。在试验中，既能检测电池电压、电流、容量等基本参数，又能检测表达电池反应机理交流阻抗参数，从而完成对各种状态下电池参数跟踪和分析。3/25国外主要电化学工作站仪器型号厂家（企业）国别1200系列SolartronAnalytical英国、7000系列AMELsrl意大利Autolab系列ECochemie荷兰BAS系列BioAnalyticalSystems美国CHI系列CHInstrument美国EG&G270系列PrincetonAppliedResearch美国IM6/6e系列ZAHNERElektrik德国OMNI90系列CypressSystems美国PG系列HEKAInstrument德国PINEAF系列PineInstrument美国Powerlab系列ADInstruments澳大利亚PS-205系列ELCHEMA美国Voltalab系列RadiometerAnalytical法国……4/251.2三电极体系研究电极上电子运动是电化学反应基础，为了分别对电池或电解池阴极，阳极发生反应进行观察需用到三电极体系。加入电极叫做参比电极，它作用是为了测量进行这些反应电极电位一个基准电极。被测定电极叫做工作电极，与工作电极相正确电极叫做辅助电极。在三电极法中为了能够在测定研究电极和参比电极之间电压同时，又能任意调整研究电极电位，最理想设备为含有自动调整功效恒电位仪。5/251.3恒电位仪、恒电流仪基本概念恒电位仪是电化学测试中最主要仪器之一，其性能优良直接影响电化学测试结果准确度。由它控制电极电位为指定值，以到达恒电位极化目标。若给以指令信号，则可使电极电位自动跟踪指令信号而改变。

恒电流仪也是电化学测试中最主要仪器之一，其原理与恒电位仪类似。6/25经典恒电位电路—大功率蓄电池和低阻值滑线电阻由运算放大器组成恒电位电路7/25由运算放大器组成恒电流电路经典恒电流电路—高电压蓄电池组和高阻值滑线电阻8/252.电化学测试方法电化学测定方法是将化学物质改变归结为电化学反应，也就是以体系中电位、电流或者电量作为体系中发生化学反应量度进行测定方法。包含电流-电位曲线测定；电极化学反应电位分析，电极化学反应电量分析；对被测对象进行微量测定极谱分析；交流阻抗测试等。9/25惯用电化学测试方法技术为：电流分析法(也称为计时安培法)、差分脉冲安培法(DPA)、差分脉冲伏安法(DPV)、循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、常规脉冲伏安法(NPV)、方波伏安法(SWV)等。10/25电化学试验控制参数：初始电位终止电位扫描速度扫描方向扫描周期数或单方向扫描统计方式：伏安曲线、电流时间曲线统计精度正向峰电流iPC正向峰电位fPC正向半峰电位fp/2C正向峰面积SC逆向峰电流iPA逆向峰电位fPA逆向半峰电位fp/2A逆向峰面积SA峰电位差Df11/25电化学测试方法优点：1．简单易行。可将普通难以测定化学参数直接变换成轻易测定电参数加以测定。2．灵敏度高。因为电化学反应是依据法拉第定律进行，所以，即使是微量物质改变也能够经过轻易测定到电流或电量来进行测定。3．实时性好。利用高精度特点，能够检测出微反应量，并对其进行定量。12/25交流阻抗原理及应用交流阻抗方法给电化学系统施加一个频率不一样小振幅交流电压，测量交流电势与电流信号比值（此比值即为系统阻抗）随正弦波频率ω改变，或者是阻抗相位角Φ随ω改变。进而分析电极过程动力学、双电层和扩散等，研究电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护等机理。只要该体系含有双电极，并在该双电极上对交流电压含有瞬时交流电流对应特征即可。3.电化学工作站基本原理及其应用13/25阻抗概念电阻Z=R0电容Z=1/jwc电感Z=jwL14/25基本等效电路15/25各个过程频率响应

纯电阻，在电场建立同时，即可响应。这个器件对电流响应最快。而在10000Hz频率下，在万分之一秒正向和负向之间反转时，电容能够看做是导线。也就是说在高频信号时，电容能够看做不存在。那么在万分之一秒时间，电化学电荷传递过程也不会发生。试验证实电化学过程响应时间和电容是靠近，而在电容和电化学过程频率范围，扩散仍不会响应。因为扩散离子从电场建立，到开始运动进行扩散是需要时间，而且，在阻抗谱中特指是浓差扩散，意思是必须进行电荷转移，消耗掉离子，才会有浓差，才会有浓差扩散。所以此扩散过程为控制步，在低频处占主要部分。16/2517/25Nyquist图中，最先响应总是纯电阻，而后是电容和电化学反应，再其后是扩散过程。纯电阻为实部最小点，而电容和电化学反应为一个半圆，这是理想情况，假如有多个电化学反应，也就是说有多个电荷转移过程。那么这个半圆可能不是正圆，也可能是两个圆。扩散阻抗表现为一个45度直线，这也是理想情况。假如有吸附直线会带点倾斜。也有可能不是45度。假如直线较高频率部分线性很好，而测试截止频率太太长时间可能会造成状态改变。不一样器件对频率响应大致是分开，所以造成圆弧和直线Nyquist图。理想美好，现实总是残酷。这种分开并不是严格，意味着严格分开线形那么得到拟合数据也越合理。

18/2519/25交流阻抗方法不足对于同一阻抗谱，能够找到不止一个电路能满足它解析，而对于同一个电路，当电路中元件参数不一样时，能够得到完全不一样类型阻抗谱。20/25循环伏安法原理循环伏安法是在一定电位下测量体系电流，得到伏安特征曲线。依据伏安特征曲线进行定性定量分析。假如施加电位为等腰三角形形式加在工作电极上，得到电流电压曲线包含两个分支，假如前半部分电位向阴极方向扫描，产生还原波，那么后半部分电位向阳极方向扫描时，便产生氧化波。

注：假如电极活性物质可逆性差，则氧化波与还原波高度就不一样，对称性也较差。21/25Cyclicvoltammogram

22/25ItcanbeconsideredthatthesubstitutedLiandCuionsplayanimportantroletoimprovebatteryperformanceoftheLiFePO4material,whichcanimprovethekineticsoflithiumoxidation/reductionontheelectrodebyenlargingthecontactareaoftheparticles.23/25Charge-discharge(a)Charging/dischargingcurvesforallsamplesatcurrentdensityof0.2

A

g−1.(b)Charging/dischargingcurvesforallsamplesatcurrentdensityof20

A

g−1.(c)