電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng) HZ-7000系列的原理及特點(diǎn)

發(fā)布日期：2024-01-17      瀏覽次數(shù)：1168

電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng) HZ-7000系列的原理及特點(diǎn)




1.穩(wěn)態(tài)測(cè)試：恒電流法及恒電勢(shì)法




所謂的穩(wěn)態(tài)，即電化學(xué)參量（電極電勢(shì)，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)。常用的穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法，當(dāng)然就是恒電流法及恒電勢(shì)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(shì)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(lái)實(shí)現(xiàn)這種條件。通過(guò)在電化學(xué)工作站簡(jiǎn)單地設(shè)置電流或電勢(shì)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(cè)定等等。






不同掃速下金屬的穩(wěn)態(tài)極化曲線





2.暫態(tài)測(cè)試：控制電流階躍及控制電勢(shì)階躍法




所謂的暫態(tài)，當(dāng)然是相對(duì)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(guò)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(guò)程，如雙電層充電過(guò)程，電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程以及擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程等。




最常見(jiàn)的方法要數(shù)控制電流階躍法以及控制電勢(shì)階躍法這兩種?？刂齐娏麟A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)。






 計(jì)時(shí)電位法電流階躍（左圖）及相應(yīng)的電勢(shì)變化（右圖）





同理，控制電勢(shì)階躍法也就是計(jì)時(shí)電流法，即在某一時(shí)間點(diǎn)，電勢(shì)發(fā)生突變，而在其他時(shí)間段，電勢(shì)保持相應(yīng)的恒定狀態(tài)。






計(jì)時(shí)電位法電勢(shì)階躍（左圖）及相應(yīng)的電流變化（右圖）





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(guò)程的性質(zhì)，如能源存儲(chǔ)設(shè)備充電過(guò)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(cè)試中最為常用的方法，因?yàn)殡娏?、電壓均保持?dòng)態(tài)的過(guò)程，才是最常見(jiàn)的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(wú)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(guò)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(yáng)能電池光電性能的測(cè)試，燃料電池等氧還原曲線的測(cè)試以及電催化中催化曲線的測(cè)試等。而循環(huán)伏安法，主要用以探究超級(jí)電容器的儲(chǔ)能大小及電容行為、材料的氧化還原特性等等。










左圖為線性伏安測(cè)試太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓及短路電流；中間為循環(huán)伏安法測(cè)試電容行為較強(qiáng)的碳材料；右圖為含有氧化還原行為的電極材料的循環(huán)伏安測(cè)試




4.交流阻抗法


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(cè)量電勢(shì)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。


這里我們重點(diǎn)介紹一下EIS。由于采用小幅度的正弦電勢(shì)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行微擾，電極上交替出現(xiàn)陽(yáng)極和陰極過(guò)程，二者作用相反，因此，即使擾動(dòng)信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間作用于電極，也不會(huì)極化現(xiàn)象的積累性發(fā)展和電極表面狀態(tài)的積累性變化。因此EIS是一種“準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方法"。通過(guò)EIS，我們一般可以分析出一些表面吸附作用以及離子擴(kuò)散作用的貢獻(xiàn)分配，電化學(xué)系統(tǒng)的阻抗大小、頻譜特性以及電荷電子傳輸?shù)哪芰?qiáng)弱等等。









EIS中Nyquist圖譜




電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng) HZ-7000系列

HZ－7000 配置了液晶監(jiān)視器, 是具備存儲(chǔ)功能的小型, 高性能恒電位 / 恒電流測(cè)試儀。
以循環(huán)伏安法為中心, 可進(jìn)行各種電化學(xué)測(cè)量。



特長(zhǎng)

HZ－7000 除了可通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制之外, 還可以單機(jī)進(jìn)行基本測(cè)量, 是一種小型, 高性能電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng)。
支持各種電化學(xué)測(cè)量, 是一種可用于從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究的各種用途的產(chǎn)品。

• HAG1232m：遠(yuǎn)程專用機(jī)

• HAG1232mP：支持遠(yuǎn)程, 單機(jī)

• 可單機(jī)進(jìn)行基本測(cè)。
  （OCP, LSV, CV, CA, CP, NPV, DPV, IR, SCV, OSWV）

• 可以將測(cè)量數(shù)據(jù), 測(cè)量條件保存到USB 存儲(chǔ)器中, 可以從USB存儲(chǔ)器中讀取測(cè)量條件。

• 在測(cè)量RE-WE 間電位的同時(shí), 可對(duì)CE-WE間電位進(jìn)行測(cè)量。

• 最小電流范圍：可用30nA進(jìn)行微小電流的控制, 測(cè)量。

• 可進(jìn)行99步之內(nèi)的任意波形控制（電壓, 電流）

• 通過(guò)選配板卡的追加, 可實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。

案例/用途

測(cè)量軟件

標(biāo)配測(cè)量項(xiàng)目	遠(yuǎn)程	單機(jī)	標(biāo)配測(cè)量項(xiàng)目	遠(yuǎn)程	單機(jī)	備注
OCP（OCV	○	○	LSSV	○	-	-
LSV	○	○	DPSV	○	-	-
CV	○	○	ZRA	○	○	-
CA	○	○	OSWV	○	○	-
CP	○	○	CDC	○	○	-
CC	○	○	PEIS	○	○	需選配的FRA板卡
BE	○	○	GEIS	○	○	需選配的FRA板卡
IR	○	○	恒電位8級(jí)	○	△（至4級(jí)）	-
SCV	○	-	恒電流8級(jí)	○	△（至4級(jí)）	-
REST	○	-	任意波形（電位控制）	○	-	-
NPV	○	○	任意波形（電流控制）	○	-	-
DPV	○	○