電化學(xué)工作站是電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱,,是電化學(xué)研究和教學(xué)常用的測(cè)量設(shè)備。它將恒電位儀、恒電流儀和電化學(xué)交流阻抗分析儀有機(jī)地結(jié)合,既可以做三種基本功能的常規(guī)試驗(yàn),,也可以做基于這三種基本功能的程式化試驗(yàn)。
電化學(xué)工作站的基本測(cè)試方式包括:穩(wěn)態(tài)測(cè)試,、伏安法,、循環(huán)伏安法、暫態(tài)測(cè)試以及交流阻抗法
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),。穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法,,即恒電流法及恒電勢(shì)法,,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)工作站來實(shí)現(xiàn)這種條件。通過在電化學(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。
2,、伏安法:線性伏安法
伏安法是電化學(xué)測(cè)試中較為常用的方法,,因?yàn)殡娏鳌㈦妷壕3謩?dòng)態(tài)的過程,,才是常見的電化學(xué)反應(yīng)過程,。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,。
3.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)過程,如雙電層充電過程,,電化學(xué)反應(yīng)過程以及擴(kuò)散傳質(zhì)過程等,。 較常見的方法要數(shù)控制電流階躍法以及控制電勢(shì)階躍法這兩種。控制電流階躍法,,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)。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)。利用這種暫態(tài)的控制方法,,一般可以探究一些電化學(xué)變化過程的性質(zhì),,如能源存儲(chǔ)設(shè)備充電過程的快慢,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,。
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。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)導(dǎo)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,。