交流阻抗技术测量聚合物电解质离子电导率
第四章交流阻抗方法

w :角频率=2πf
j=(-1)1/2
(a)、作用于R(纯电阻)时: = 阻抗ZR= / /R=(msinwt)/R=IR.msinwt =R 电流相位与电压信号同相,幅值为IR.m 纯电阻元件的阻抗为一实数,为R
cos(A-90°)=sinA,cos(A+90°)=-sinA,sin(A+90°)=cosA,sin(A-90°)=-cosA
2
2
当Cdl>>Cg时, Z’=Rb …….(4)
此时图1简化成纯电阻Rb,在复平面图上是一条垂 直于实轴并与实轴交于Rb的直线。
在高频区ω→∞,当Cdl>>Cg时式(2)简化为
Z '
C dl Rb ( C g C dl )
2 2 2 2 2 C dl C g Rb 2
Rw=σw-1/2 |Zw| c=1/(wCw) =σw-1/2
Z’=Rf=Rr+Rw=RT/nFi0+σw-1/2
Rw=σw-1/2
|Zw| c=1/(wCw) =σw-1/2 σ= RT/[n2F2Co0(2Do)1/2] Rr=RT/nFi0
(a) 由直线斜率σ可得D (b) Rf-w-1/2的截距为Rr,可求i0 (c) 不用外推至w-1/2=0 也可据两线之间的距离求Rr
Zc=1/jwC
• 由图1等效电路计算得相应的阻抗值:
Z=1/[(1/ZCg)+1/(ZRb+ZCdl)]=1/[(jwCg)+1/(Rb+1/jwCdl)]
Z
C dl Rb ( C g C dl ) C dl C g Rb
2 2 2 2 2
2
j
C g C dl C dl C g Rb
eis 电化学阻抗谱

eis 电化学阻抗谱EIS是电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy)的缩写,它是一种广泛应用于电化学和材料研究领域的测试技术。
EIS的基本原理是通过电流和电压的变化响应来测量电化学系统的特性。
EIS测试可以测量样品内部的电流、电压和电阻等。
采用交流信号来进行测试时,可以获得电化学系统的阻抗谱,这是EIS测试的重点之一。
阻抗谱可以提供关于样品物理和电化学性能的详细信息,如电导率、阻抗、容性和电解质电导率等。
EIS测试常常被应用于材料评估和优化方面。
它可以用于测量材料的腐蚀和耐腐蚀性能,因此是很多行业的测试标准。
例如,石化、航天、食品和制药等行业都在使用EIS测试。
EIS极其适用于难以访问的区域或小样本测试,因此EIS在一些特定领域中得到了广泛的应用。
例如,生物医学领域中的组织学家可以通过EIS测试来测量细胞的膜电阻、电容和电导率等,并能够在脑部组织或心肌组织中检测到脑电波和心电图。
EIS测试技术在许多行业和应用领域中得到广泛使用,常常用于以下几个方面:1. 材料研究和开发EIS的主要应用是评估一系列材料的性能、特性和耐久性。
它可以用于测试电池、电解器、金属、聚合物和涂层等材料的性能。
这些测试可以为科学家和工程师提供分析数据和性能指标,以便对材料进行优化和改善。
2. 腐蚀控制和预防腐蚀是许多材料的主要问题,因此EIS被广泛用于腐蚀控制和预防。
电化学阻抗谱可以用于检测腐蚀的程度,并且可以为预防和控制腐蚀提供数据。
它也可以用于评估涂层、防腐剂和防锈剂的性能。
3. 生物医学研究生物医学研究中的应用包括细胞和组织的测试,以及脑电图和心电图的检测。
EIS测试可以通过对电导率、电容和电阻的测量来评估细胞和组织的属性,从而为生物医学研究提供数据。
4. 建筑材料测试建筑工业是一个需要考虑腐蚀控制和耐久性的行业。
EIS可以通过测试混凝土、钢筋、涂层和其他建筑材料的阻抗谱来评估它们的性能,以便制定更好的建造策略和计划。
交流电桥法测定电解质溶液的电导

弱电解质的电离度与摩尔电导的关系为:
Λm α= ∞ Λm
电离平衡常数与摩尔电导的关系随电解质类型不 同而异,对1-1型电解质如HAc的电离平衡为: HAc= H++ Ac– 电离平衡常数为:
AC k c = 1 − a = Am ( A − Am ) ∞
α c
2
2 m ∞ m
• 四臂交流电桥线路原 理如图1,交流电桥 的测量原理与直流电 桥相仿,当电桥平衡 时各臂的阻抗之间有 一定的关系:
实验步骤
1 水浴恒温25oC(为什么?), 按照图2连接线路,将R1和R2
调节为等值,调节音频信号发生器的输出为1000赫。 2 将 0.1000mol/L HAc 溶 液 分 别 稀 释 为 0.0500mol/L 、 0.0250mol/L、0.0125mol/L和0.00625mol/L. 3. 将电导池中盛的液体倒出,用0.1000mol/L 的 KCl溶液洗 涤三次,然后盛入该溶液并使液面略高出电极,将电导 池浸入恒温槽中,并使电导池液面在恒温水下,恒温10~ 15 min,将电导池的引线接入电桥。
2.结合本实验结果,分析当HAc浓度变稀时,Rx 、к、∧m、α、Kc等怎样随浓度变化?你的实 验结果与理论是否相符合?为什么?
三次测量结果的相对标准偏差S=0.52%
注意事项
为了得到精确的结果,必须用电导水;测定前,必须将 电导电极及电导池洗涤干净,以免影响测定结果。 实验中温度要恒定,测量必须在同一温度下进行,恒温槽 的温度要控制在25.0 ℃±0.1 ℃。
思考题
1.测定溶液的电导为什么要用交流电桥?能否用 直流电桥?
1 A = k G = k L K Cell
摩尔电导的定义:在相距1m的两平行电极间,放入1 mol 的电解质溶液所呈现的电导,称为摩尔电导Λm。摩 尔电导Λm与电导率k的关系为:
交流电桥法测电解质溶液的电导

数据处理:C HAc =0.1221mol*L -1 K cell =κKCl /G KCl =103.3039m -1 α=Λm /Λm ∞ Λm ∞(HAc ,25℃)=390.71E-4 S*m 2*mol -1Kc=α2c/(1-α)=Λm 2C/(Λm ∞(Λm ∞-Λm ))Kc=1.8061E-05 理论Kc=1.75E-5 相对误差Er=3.21%思考题:1. 为什么要测定电导常数?如果电导池二极间的距离刚好为1cm3,则不必测电导池常数,但这样的电导池制作是十分困难的。
测这类仪器常数,是实验通常用来从已知量测未知量的有效手段。
电导常数不能通过其定义L/A 计算(精度太低),要用已知浓度和电导率的KCl 溶液,通过实验求算。
2. 弱电解质的无限稀摩尔电导率如何求得?弱电解质溶液稀释至0.005mol*dm -3时,摩尔电导率Λm 与C 1/2仍然不成直线关系。
并且极稀得溶液中,浓度稍微改变一点,Λm 的值可能变动很大,即实验上的少许误差对外推求得Λm∞的值影响很大。
用实验所得数据Λm 与C 1/2关系的图,是一条曲线,Λm 与C 1/2没有直线关系,不能用外推法求Λm ∞。
弱电解质的无限稀摩尔电导率可以用Kohlrausch 的离子独立移动定律通过强电解质的Λm ∞求得。
实验讨论:1. 电导受温度影响较大,温度偏高时其摩尔电导偏高,温度每升高1度,电导平均增加1.92%,即G t =G 298K [1+0.013(t-25)]。
实验中,更换溶液后电导池中的电介质变了,相应的电容也会有所变化;在每次测定时,都需要重新调节平衡。
2. 电导池常数(K cell )未测准,则导致被测物的电导率(κ)偏离文献值。
溶液电导一经测定,则κ正比于K cell 。
即电导池常数测值偏大,则算得的溶液的电离度、电离常数都偏大。
电导水电导大,测量时相对误差也就越大。
示波器对于电阻较大(如电导水)的溶液,受干扰波的影响较大,影响测定。
阻抗和电导率的关系

阻抗和电导率的关系阻抗和电导率是电学中两个重要的概念,它们之间存在着密切的关系。
本文将从理论和实际应用两个方面来探讨阻抗和电导率之间的关系。
一、理论基础1. 阻抗的定义阻抗是指电路对交流电流的阻碍程度,用符号Z表示,单位是欧姆(Ω)。
阻抗由电阻和电抗两个部分组成,其中电阻是电路对交流电流的真实部分,电抗则是电路对交流电流的虚部分。
2. 电导率的定义电导率是指电流在单位电压下通过导体的能力,用符号σ表示,单位是西门子/米(S/m)。
电导率与阻抗正好相反,它是电阻和电容的倒数。
3. 阻抗与电导率的关系阻抗和电导率之间存在着以下关系:阻抗等于电导率的倒数,即Z=1/σ。
这是因为阻抗和电导率都是描述电流通过物质的性质,只是从不同的角度来描述而已。
二、实际应用1. 电导率对材料的影响电导率是材料导电性的一个重要指标,它反映了材料内部电荷的迁移能力。
导电性好的材料,其电导率较高,电流可以更顺畅地通过。
例如,金属材料的电导率非常高,可以用来制作导线、电路板等。
2. 阻抗对电路的影响阻抗是电路对交流电流的阻碍程度,它决定了电路中电流的大小和相位差。
在交流电路中,电路元件的阻抗决定了电路的特性。
例如,电感元件的阻抗与频率成正比,而电容元件的阻抗与频率成反比。
3. 阻抗和电导率的测量阻抗和电导率的测量是电学实验中常见的实验内容。
常用的测量方法有交流电桥法、四探针法等。
交流电桥法可以通过测量电路中的电流和电压来计算阻抗,从而间接得到电导率。
4. 阻抗和电导率在生物医学领域的应用阻抗和电导率在生物医学领域有着广泛的应用。
例如,生物组织的电导率可以用于诊断乳腺肿瘤、监测心肌缺血等。
阻抗成像技术可以用于脑电图(EEG)或心电图(ECG)的测量,以及脑部和胸部的成像。
总结:阻抗和电导率是电学中两个重要的概念,它们之间存在着密切的关系。
阻抗是电路对交流电流的阻碍程度,电导率是电流在单位电压下通过导体的能力。
阻抗和电导率之间的关系是阻抗等于电导率的倒数。
聚合物电解质的制备及电化学性能表征-2018

实验一聚合物电解质的制备及电化学性能表征一. 实验目的1.学习溶液浇铸法制备聚合物电解质膜;2.掌握交流阻抗法测试聚合物膜的本体电阻,交流阻抗与计时电流法测钠离子迁移数,线性扫描或循环伏安法表征电解质膜的电化学窗口。
二. 实验内容1.电解质膜电导率实验中将固体电解质组装成SS/电解质膜/SS对称阻塞电池进行交流阻抗(EIS)测试。
根据公式(3.1)计算电解质膜的电导率。
其中σ为聚合物电解质膜的电导率,R为EIS测得的电解质膜的本体电阻,L为膜的厚度,S为电极面积。
σ(3.1)测试条件:振幅为10mV,频率为106Hz~10Hz,温度范围25~80℃,测试前将电池在测试温度下静置1h使电池稳定。
2.电解质膜钠离子迁移数将电解质组装成Na/电解质膜/Na对称非阻塞电池进行直流极化测试,直流极化电压为10mV,在直流极化测试前进行EIS测试,振幅为10mV,频率为106Hz~0.01Hz. 根据公式(3.2)计算电解质膜的钠离子迁移数。
其中R0和Rss分别为直流极化前后EIS测得的电解质膜与金属钠的界面阻抗,I0和Iss分别为初始电流和稳定电流值。
(3.2)3.电解质膜电化学窗口通过线性扫描伏安测试(LSV)和循环伏安测试(CV)来表征电解质的电化学窗口,在给定的电压范围内以一定的速率对电池的电压进行扫描,当电池在测试电压范围内发生氧化或还原反应时,可以观察到电路的显著变化,基于这些特征,LSV和CV可以用于评价电解质的电化学稳定性。
实验中使用不锈钢SS为工作电极,金属钠为对电极和参比电极,将聚合物电解质膜组装成SS/电解质膜/Na电池进行LSV或CV测试,扫描范围为-0.5~6V,扫描速度为5mV/s.三.实验步骤1. 将PEO与NaClO4按照摩尔比EO:Na=20的比例进行称量,加入无水乙腈(CAN),加入一定量的介孔分子筛SBA-15和不同质量比的离子液体(0,20wt%,40wt%,60wt%,80wt%),磁力搅拌24h至完全溶解,获得均匀溶液;2. 将溶液浇铸于聚四氟乙烯模具内,室温下干燥24h,使溶剂自然挥发,然后置于50℃烘箱内继续干燥48h使溶剂完全挥发,获得聚合物电解质,用打孔器将聚合物电解质裁成直径为19mm的圆片进行;3. 将电解质圆片、不锈钢圆片和2025纽扣电池壳组装成SS/电解质膜/SS对称阻塞电池、Na/电解质膜/Na对称非阻塞电池、SS/电解质膜/Na电池分别进行离子电导率、离子迁移数、电化学窗口等测试。
PAN/PMMA凝胶聚合物电解质膜导电动力学分析
Th e p r e p a r e d memb r an e wa s a l s o c omp a ed r wi t h P AN/ PMMA i f a t s y n o v i a I me mb an r e ma de b y s o l v en t
Ke y W or d s: El e c t r o s t a t i c s p i n n i n g; AC i mp e d a n c e; Ac t i v a t i on e n e r g y ; I o n i c c on d u c t i v i t y
t h a t t h e c o n d u c t i v e me c h a n i s m o f t h e wo t k i n d s o f me mb r an e s c o n f or ms t o t h e Ar r h e n i u s f or mu l a . wi t h t h e memb r a n e ma d e b y el e c t os r t a t i c s p i n n i n g h a v i n g I o we r i on c o n d u c t i v e a c t i v a t i o n en er g
导 电活 化 能 较 低 。
固态电解质界面处的li2o的离子电导率_概述及解释说明
固态电解质界面处的li2o的离子电导率概述及解释说明1. 引言1.1 概述在固态电解质界面处,Li2O的离子电导率是一个重要的研究领域。
固态电解质在能源储存和转换中起着关键的作用,而界面处的Li2O对离子传输具有显著影响。
因此,深入了解Li2O在固态电解质界面中的离子电导率特性对于优化固态电池性能具有重要意义。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行论述。
引言部分介绍了文章的背景及目标;在第二部分中,我们将概述固态电解质界面处Li2O的离子电导率问题,并探讨其在固态电解质界面中的重要性以及已有研究成果和发展动向;第三部分将着重解释说明固态电解质界面处Li2O离子电导率问题,包括对固态电解质界面对离子传输影响机制、Li+离子在Li2O结构中运动机理以及界面工程等方面进行探讨;接下来,在第四节中,我们将介绍实验方法与结果分析,选取样品并介绍实验条件,对实验结果进行意义分析,并与已有研究成果进行比较讨论;最后,在第五节中,我们将总结固态电解质界面处Li2O离子电导率的研究,探索未来的研究展望与建议。
1.3 目的本文旨在全面概述和解释固态电解质界面处Li2O的离子电导率问题。
通过深入研究固态电解质界面中Li2O对离子传输的影响机制、Li+离子在Li2O结构中的运动机理以及界面工程等方面的内容,我们希望能够揭示Li2O在固态电解质界面处的重要性,并为进一步优化固态电池性能提供理论依据和技术指导。
2. 固态电解质界面处的Li2O的离子电导率概述2.1 Li2O在固态电解质界面中的重要性在固态电解质界面中,Li2O具有重要的作用。
首先,作为一种常见的氧化物,Li2O可以形成与固态电解质材料之间的界面层。
这个界面层对于稳定电解质材料和提高离子传输效率非常重要。
其次,固态电解质界面处的Li2O还能够限制固相接触和防止不必要的反应,从而减少了离子传输路径和介质损耗。
2.2 Li2O在离子电导率方面的作用和特点Li2O在离子电导率方面具有独特的特点和作用。
PEO基聚合物复合电解质的制备及性能研究
山东化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY・44・2021年第50卷PEO基聚合物复合电解质的制备及性能研究梁文珂,王彦#,诸静,于俊荣,胡祖明(东华大学材料科学与工程学院东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海201620)摘要:将不同含量的单宁酸加入到聚环氧乙烷(PEO)和双三氟甲磺酰胺亚胺锂(LiCFSI)体系中,采用流延法来制备聚合物电解质膜’在氢键的作用下破坏PEO的结晶度来提高聚合物电解质的离子电导率°通过X射线衍射、差示扫描量热仪、热重分析仪、力学性能、表面形貌以及交流阻抗法等对聚合物电解质膜进行表征’结果表明,随着单宁酸(TA)含量的增加,结晶度下降,断裂伸长率提高,最高达到了675%,热力学性能也有很大的改善°室温下,当单宁酸含量为1%时,拉伸强度达到0固2MPg,离子电导率最大达到了3.4X10-5^^cm o 关键词:聚环氧乙烷;双三氟甲磺酰胺亚胺锂;氢键;聚合物电解质中图分类号:TQ151%0646.1文献标识码:A文章编号:1008-021X(2021)03-0044-03Sthdy on Preraration and Performancc of PEO-baseS Polymer Composite ElectrolyteLiang Wenke,Wang Yan*,Zhu Jing,Yu Junrong,Hu Zuming(State Key Laboratory for Modification of Chemical FiCers and Polymer Materials,Colleae of Materials Science and Engineering,Donghua University,Shanghai201620,China)Abstract:DiOerent contents of tannic acid were added to polyethylene oxide(PEO)and lithium bis(miUuowmethane )uooonamide)imide(LiTFSC))y)tem,and thepooymeeeoecteooytemembeanewa)peepaeed byca)tingmethod.Theionic conductieityoothepooymeeeoecteooytei impeoeed byde)teoyingthecey)ta o inityooPEO theough theaction oohydeogen bond).The polymer electrolyte membrane was characterized by X-ray dCfraction,d/ferential scanning ca/rimeter,thermog/vioemic anayaee,mechanicaHpeopeeties,sueoacemoephoogy,and ACimpedancemethod.Theeesu tsshowed thatwith theinceeaseoothe tannin content,theceystainitydeceeased,theeongation atbeeak inceeased,up to675%,and thetheemodynamicpeopeeties weeeasogeeatyimpeoeed.Ateoom tempeeatuee,when thetannicacid contentis1%,thetensiesteength eeaches0.22MPa, and the maxioum ionic conductivity reaches3.4x105S/cm.Key words:polyethylene oxiUe%lithium bisOiCuo/methane su/onamide ioide%hydrogen bond%polymer electrolyte锂离子电池作为储能装置的代表,因为其化学稳定性、循环寿命长和能量密度高等优势,比其他类型的电池如锌c电池、铅酸电池等有更广泛的应用[1]。
干货锂电池研究中的电导率测试分析方法
干货锂电池研究中的电导率测试分析方法导读:锂离子电池充放电过程中,电池极片内部存在锂离子和电子的传输,其中锂离子通过电极孔隙内填充的电解液传输,而电子主要通过固体颗粒,特别是导电剂组成的三维网络传导至活物质颗粒/电解液界面参与电极反应。
电子的传导特性对电池性能影响大,主要影响电池的倍率性能。
而电池极片中,影响电导率的主要因素包括箔基材与涂层的结合界面情况,导电剂分布状态,颗粒之间的接触状态等。
通过电池极片的电导率能够判断极片中微观结构的均匀性,预测电池的性能。
本文根据自己的经验和文献资料对电池极片的电导率测试方法进行简单总结,并列举极片电导率的部分影响因素。
01电导率测试方法1.1 测试装置的构建和电极选择最常规的测试装置将测试材料夹在两片测试电极之间,构成一个三明治结构,如图1 所示。
而对于薄膜材料,则必须设计合适的微电极,一般分为两种:三明治结构和面内电极结构(叉指电极、平行条状电极)。
图1 测试电极示意图构成测试装置的极片有 3 类,可逆电极(reversible electrode)、全阻塞电极(blocking electrode)和半阻塞电极(semi-blocking electrode)。
可逆电极和全阻塞电极对应于传统电化学中交换电流很大的理想不极化电极和交换电流接近于零的理想极化电极,半阻塞电极常用于混合导体中离子电导率和电子电导率的区分。
利用这些电极可以组成不同类型的测试装置,以满足不同导电特性材料的不同测试需要。
不同类型电极的特点列于表1。
表1 不同电极类型及特点1.2 离子电导率和电子电导率的测试方法3 种测试离子电导率和电子电导率的电极构筑方式。
BUSCHMANN 等分别用金属锂可逆电极和Au 离子阻塞电极作为测试电极进行交流阻抗谱测试[图2(a)],得到材料的离子电导率和电子电导率之和;图2(b)用金属锂作为测试电极(170 ℃退火处理,保证测试电极和测试材料之间的良好接触)进行四电极直流法测试,得到总电导率和交流阻抗谱的结果基本一致;图2(c)一侧用Au电极,一侧用金属锂电极,通过Hebb-Wagner 直流极化,混合离子和电子的高瞬态电流很快下降,并最终达到稳定的电子电流,从而确定电子和空穴的电导率;之后,由交流阻抗谱得到的总电导率和直流极化法得到的电子电导率,用迁移数的定义计算电子迁移数。
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精心整理
精心整理
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
于图1图Z Z 1=-Z Z 1=当Cdl>>Cg时,则Cg/Cdl→0得到:
Z 1=Rb(4)
此时图1简化成纯电阻Rb,在复平面图上是一条垂直于实轴并与实轴交于Rb的直线。
在高频区ω→∞,当Cdl>>Cg时式(2)简化为
Z 1=2221b g b
R C R ω+(5) 而式(3)简化为
-Z "=222221g b
g b
C R C R ωω+(6)
精心整理
精心整理
将式(5)与式(6)中的ω削去可得
222('/2)(")/4b b Z R Z R -+-=(7)
式(7)表示的是一个以(Rb/2,0)为圆心,Rb/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(高频部分),外加一条垂直于实轴Z 1的直线(低频部分)。
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R b 。
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:b
d R A σ⋅=(s.cm -1) 3所 π/2角图3将21Hz 到1053。