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一、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二、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。根本测试电池回路的等效电路示于图1。其中C -是双电层电容，由电极/电解质界面的相

2、反电荷形成，C g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。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：Cdl RdCgCdl2CdiC2Rb(Cg Cdi)22CdCgRb2(Cg Cdl )(1)其中，实部:Z1 =(Cg2 2 2 2CdlCgRb虚部:CgCdl2CdiC2R?(Cg Cdl)2七牝2圧在低频区3 0,式(2)简化为cdiRZ1=(Cg Cdl )2当 Cdl >>C g 时，那么 C g / Cdl 0 得到：Z仁 Rb(4)b的直线此时图1简化成纯电阻R b,在复平面图上是一条垂直于实轴并

3、与实轴交于R 在高频区3x，当C di >>C g时式2简化为Z1 = 1七孑虑5而式3简化为C代-Z" = 12CgR26将式5与式6中的3削去可得式7表示的是一个以R b/2 , 0为圆心，R b/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。该阻抗图是一个标准的半圆 高频局部，外加一条垂直于实轴Z1的直线低频局部。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FU通过测定测试电池的电极面积A与聚合物电解质膜的厚度d,即可求的该导电聚合物的电导率：s -1在实际聚合物电解质电导率测量中

4、，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 3 -p= K 3-p cos p n 12 -j sin pn 12 其中，0W p< 1，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 0Q 0点并与 实轴 呈pn /2角度的一条直线，在高频区为一旋转放大的半圆.图3聚合物电解质阻抗图、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 Solartron SI1287+SI1260 上测定样品的交流阻抗谱。频率