几种化学及电化学仪器测试

仪器测试循环伏安测试阻抗谱测试电池测试拉曼光谱测试1.循环伏安测试原理循环伏安法是将循环变化的电压施加于工作电极和参比电极之间，当到达某设定的终止电位后，再反向回扫至某设定的起始电压，并记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系。当对工作电极施加扫描电压时，将产生响应电流，以电流对电位作图，称为循环伏安图。

（假设溶液中有电活性物质）则电极上发生如下电极反应：正向扫描时，电极上将发生还原反应：O

+n

e-

===

R反向回扫时，电极上生成的还原态R将发生氧化反应：R

===

O

+

n

e-

(设电极反应为O+ne≒R式中O表示氧化态物质，R表示还原态物质)

在一定扫描速率下，正扫（从低电压向高电压扫描）是指从负电位到正电位，

溶液中的离子在电极表面失去电子而被氧化，扫出的峰就是氧化峰；负扫（从高电压向低电压扫描）是指从正电位到负电位，离子到电极表面得到电子而被还原，扫出的峰就是还原峰。1.循环伏安测试氧化峰还原峰P代表极化电源，为研究电极提供极化电流；mA代表电流表，用于测量电流；V为测量或控制电极电势的仪器。P、mA和辅助电极、研究电极构成了左侧的回路，称为极化回路。在极化回路中有极化电流流过，可对极化电流进行测量和控制。V、参比电极和工作电极构成了右侧的回路，称为测量控制回路。在测量控制回路中，对研究电极的电势进行测量和控制，由于回路中没有极化电流流过，只有极小的测量电流，所以不会对研究电极的极化状态、参比电极的稳定性造成干扰。

W称为工作电极（working

electrode，WE），工作电极的电极过程是实验研究的对象；R代表参比电极（reference

electrode，RE），是电极电势的比较标准，用来确定工作电极的电势。C代表辅助电极（auxiliary

electrode），也称为对电极（counter

electrode，CE），用来通过极化电流，实现对工作电极的极化。1.循环伏安测试锂电池的研究中多数为两电极电池，两电极电池测量的电压（voltage）是正极电势（potential）与负极电势之差。1.循环伏安测试参数设置初始电位，设定的起始电压高电位，电压窗口的最高电压低电位，电压窗口的最低电压截止电位，设定的终止电压扫描方向，第一步是正向还是负向扫描速度，一般0.0001V/s扫描段数，两段是一圈响应间隔，隔多少V出一个点静置时间，测量前体系静置多长时间灵敏度，可以理解为纵坐标的量程自动灵敏度2.电化学阻抗EIS电化学阻抗谱（ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,简称EIS）：给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流信号，测量交流信号电压与电流的比值（此比值即为系统的阻抗）随正弦波频率ω的变化，或者是阻抗的相位角Φ随ω的变化。即测定不同频率（f）的扰动信号X和响应信号Y的比值，得到不同频率下阻抗的实部Z，、虚部Z，，、模值|Z|和相位角

，然后将这些量绘制成各种形式的曲线，就得到EIS抗谱。Nyquistplot高频区低频区log|Z|/degBodeplot2.电化学阻抗EIS锂离子电池中是电荷传递和扩散过程混合控制的EIS：电极上的反应：电极过程由电荷传递过程和扩散过程共同控制，电化学极化和浓差极化同时存在时，则电化学系统的等效电路可简单表示为：CdRctR

ZWWarburg阻抗Warburg系数2.电化学阻抗EIS电路的阻抗：实部：虚部：（1）低频极限.当足够低时，实部和虚部简化为：消去，得：Nyquist图上扩散控制表现为倾斜角

/4（45）的直线。2.电化学阻抗EIS（2）高频极限.当足够高时，含-1/2项可忽略，于是：Nyquist图为半圆电荷传递过程为控制步骤时等效电路的阻抗2.电化学阻抗EIS电极过程由电荷传递和扩散过程共同控制时，其Nyquist图是由高频区的一个半圆和低频区的一条45度的直线构成。高频区为电极反应动力学（电荷传递过程）控制，低频区由电极反应的反应物或产物的扩散控制。从图可得体系R

、Rct、Cd以及参数，与扩散系数有关，利用它可以估算扩散系数D。由Rct可计算i0和k0。2.电化学阻抗谱图分析交流阻抗谱图分为三个部分：高频区→小半圆，中频区→较大半圆，在低频区→扩散区．一般认为:高频区半圆→与锂离子通过多层SEI膜扩散迁移相关；中频区半圆→与电荷传递过程相关；低频区斜线→与锂离子在活性材料中的固态扩散相关；极低频区垂线→与锂离子在活性材料中的累积和消耗相关。高频中频低频初始电位，设定的电势条件，一般设定为开路电压，则测定的是开路条件下的阻抗。若低于开路电压，则是放电条件下的阻抗，反之则是充电。高频率，给予交流扰动的最高频率。低频率，给予交流扰动的最低频率。振幅，给予交流扰动的振幅大小，越小则得到的结果越精确，同时噪音信号也会越大。静置时间，测量前体系静置多长时间。2.电化学阻抗EIS参数设置2.电化学阻抗EIS等效电路及拟合3.电池测试循环性能测试：恒流充放电测试：例如：电流密度100