电化学测试方法
常用的电化学测试方法
常用的电化学测试方法
，
电化学测试是一种用来研究物质电子结构和性质的实验技术，它可以以不同的方式来进行，其中最常见的几种测试包括电化学阻抗分析（EIS）、电压滴定、阳极溶出试验（CET）和氧化还原工作电位（OWP）。
电化学阻抗分析是用来评估复杂的电子结构的测试方法。
它可以用来评估基材或表面的结构。
电化学阻抗分析可以测量电化学反应以及电解质反应中参与者之间的相互作用。
它还可以用来确定物质的表面电子活性。
电压滴定是用来确定离子表面活性的实验测试。
它可以帮助研究人员确定材料中离子的活性和有效活性，以及一个离子如何受其他化合物影响。
CET测试是将电极沉积在特定材料表面，使得特定电极可以与材料表面进行共振，用来研究特定材料的表面电子属性的一种方法。
它可以帮助我们更深入地了解材料的电子属性、表面结构和电化学反应。
OWP测试又称电位迁移测试，是一种采用阳极溶出方式来测量物质/材料电极的抗氧化性、稳定性和耐腐蚀性的测试方法。
OWP测试可以帮助科学家们评估化合物的可靠性并以化学方式确定材料的抗氧化性和稳定性。
事实上，电化学测试是研究物质电子结构和性质最有效的方法之一，它可以被用来进行精准的测试，从而获得有价值的信息
以及在实际应用中更好地满足技术需求。
电化学测试的重要性在于它可以提供更准确的数据，从而更好地落实高校和高等教育的目标，解决科学研究中的技术问题。
cv测试方法
cv测试方法
CV测试方法是一种电化学测试方法，全称为循环伏安法（Cyclic Voltammetry）。
该方法通过在电极上施加三角波形的电势扫描，并记录相应的电流响应，以研究电极的电化学性质。
CV测试方法可以用于研究电极反应的动力学参数、反应机理和电极反应的可逆性等方面。
CV测试方法的原理是将电势在工作电极上作三角波扫描，即电势以给定的速率从起始电势扫描到终止电势后，再以相同速率反向扫描至起始电势。
在一次三角波电势扫描过程中，完成一个氧化和还原的循环过程。
通过分析CV曲线，可以获得用于研究电极过程的重要参数，如阴阳极峰电势Epc和Epa及其差值ΔE，和峰电流的比值ipc/ipa。
CV测试方法具有以下优势和应用：
1. 便于直接观察并快速了解物质在电极上（或电极材料自身）的氧化和还原反应、氧化和还原的价态、电极反应的可逆性。
2. 在电化学、分析化学、材料化学、有机化学、生物化学等领域具有重要应用，包括但不限于电池与超级电容器、金属电沉积、电化学传感器、膜电极材料的制备；金属离子、环境污染物、电活性神经传递物质的分析检测；药物与血清蛋白和DNA的相互作用等。
3. 可以用于快速检测反应物（包括中间体）的稳定性，判断电极反应的可逆性，了解固体电极电化学行为，测定电极过程动力学参数，研究活性物质的吸附以及电化学-化学偶联反应机理以及估测有机材料的能级位置。
在实际应用中，CV测试方法需要结合具体的实验条件和测试需求进行操作，并根据实验结果进行数据分析和解释。
《电化学测试方法》课件
05
电化学测试技术发展前景
新型电极材料的研发
总结词
随着科技的发展，新型电极材料在电化学测试领域的应用越 来越广泛，它们具有更高的电化学活性和稳定性，能够提高 电化学测试的精度和可靠性。
详细描述
新型电极材料如纳米材料、碳基材料、金属氧化物等，具有 优异的电化学性能和独特的物理化学性质，能够适应各种不 同的电化学测试需求。它们的研发和应用，将为电化学测试 技术的发展开辟新的道路。
03
恒电位法可以用于研究腐蚀电化学、电化学合成和 电镀等领域。
循环伏安法
循环伏安法是一种常用的电化 学测试方法，通过控制电极电 位在一定范围内循环变化来研 究电极反应。
该方法可以用于研究电极反应 的可逆性和不可逆性，以及电 化学反应的动力学参数和机理 。
循环伏安法在电化学分析、腐 蚀电化学和电化学合成等领域 有广泛应用。
电极反应与电池反应
总结词
电极反应是电化学中的基本单元，电池反应则是多个电极反应的组合。
详细描述
电极反应是指在电极上发生的化学反应，是电化学中的基本单元。电池反应则 是由一个或多个电极反应组合而成，是实现电能与化学能相互转化的整体反应 。
电极电位与电池电位
总结词
电极电位是电极与溶液之间的电势差，电池电位则是电池中正负极电位的代数和。
分类
根据电极反应类型，可分为阳极和阴极。
电解池的工作原理
电解过程
在电解池中，电流通过电极和电解质溶液，使电解质溶液中的离子 在电极上发生氧化还原反应，从而实现电能向化学能的转化。
电子转移
在电极上，电子通过外电路从阳极流向阴极，而电解质溶液中的离 子则通过扩散作用或对流作用迁移到电极表面。
电流分布
电化学检测方法
1.稳态测试：恒电流法及恒电势法所谓的稳态，即电化学参量(电极电势，电流密度，电极界面状态等)变化甚微或基本不变的状态。
最常用的稳态测试方法，当然就是恒电流法及恒电势法，故名思意，就是给电化学体系一个恒定不变的电流或者电极电势的条件。
通常我们可以利用恒电位仪或者电化学工作站来实现这种条件。
通过在电化学工作站简单地设置电流或电势以及时间这几个参数，就可以有效地使用这两种方法啦。
该方法用的比较多的地方主要有：活性材料的电化学沉积以及金属稳态极化曲线的测定等。
2.暂态测试：控制电流阶跃及控制电势阶跃法所谓的暂态，当然是相对于稳态而言的。
在一个稳态向另一个稳态的转变过程中，任意一个电极还未达到稳态时，都处于暂态过程，如双电层充电过程，电化学反应过程以及扩散传质过程等。
最常见的方法要数控制电流阶跃法以及控制电势阶跃法这两种。
控制电流阶跃法，也叫计时电位法，即在某一时间点，电流发生突变，而在其他时间段，电流保持相应的恒定状态。
同理，控制电势阶跃法也就是计时电流法，即在某一时间点，电势发生突变，而在其他时间段，电势保持相应的恒定状态。
利用这种暂态的控制方法，一般可以探究一些电化学变化过程的性质，如能源存储设备充电过程的快慢，界面的吸附或扩散作用的判断等。
计时电流法还可以用以探究电致变色材料变色性能的优劣。
3.伏安法：线性伏安法，循环伏安法伏安法应该算是电化学测试中最为常用的方法，因为电流、电压均保持动态的过程，才是最常见的电化学反应过程。
一般而言，伏安法主要有线性伏安法以及循环伏安法，两者的区别在于，线性伏安法“有去无回”，而循环伏安法“从哪里出发就回哪去”。
线性伏安法即在一定的电压变化速率下，观察电流相应的响应状态。
同理，循环伏安法也是一样，只不过电压的变化是循环的，从起点到终点再回到起点。
线性伏安法使用的领域较广，主要包括太阳能电池光电性能的测试，燃料电池等氧还原曲线的测试以及电催化中催化曲线的测试等。
而循环伏安法，主要用以探究超级电容器的储能大小及电容行为、材料的氧化还原特性等等。
电化学测试方法
电化学测试一般步骤：1. 玻璃仪器、对电极清洗三口电解池，棕色容量瓶（高氯酸），容量瓶（硫酸），烧杯，移液管先用自来水冲洗干净后，加入洗洁精放在超声池中超声半小时，再用自来水冲洗3-4次，然后用超纯水冲洗3-4次，沥干，放入铬酸清洁液24h以上，取出后用超纯水清洗3-4次，再存放在1M的硝酸溶液中，用前取出用超纯水冲洗3次，晾干。
Pt对电极清洁，在1M硝酸溶液中扫2次C乂或，50圈,200mV/S，扫完一次之后再更换溶液接着再扫，直到氢的吸脱附区形状,10圈，，200mV/S）（3个特征峰全出），用完之后再放置在1M硝酸溶液中保存。
碳棒电极，先清洗，然后在1M硝酸溶液中扫CV（或，50圈），用完之后再放置在11M硝酸溶液中保存。
2. HCI04L）溶液配置现配现用。
取1L的棕色容量瓶，用超纯水清洗多遍（至少3遍），用干净并且干燥的移液管移取8ml %优级纯高氯酸（进口的高氯酸，3个月用完，分解出氯离子）至容量瓶中，定容。
买一个pH计。
3. 参比校正所有的电解池、参比电极、对电极在测试前用L HClO4润洗3 次。
在含有电解液的五口烧瓶中通氢气1h至饱和，以Pt丝为对电极和工作电极，待校正参比电极为参比电极，（1）直接读三电极体系的开路电压，开路电压就是参比电极的电位；（2）扫CV先测开路电压，然后在开路电压正负10mV区间来扫CV扫描速度1mV/s，电压稳定时电流为0处所对应的电压值为参比电极校正电位。
参比电极应每天测试前校正防止电位漂移。
4. 工作电极准备抛光粉和麂皮电极打磨处理，最细的AI2O3,走8字30次，水洗、硝酸洗、碱洗、醇洗，盖帽子，照出人影。
墨水滴制备：称量2mg催化剂样品放入试管中，再用移液枪加入800微升乙醇和5微升5%Nafion溶液，超声混合30min-60min，到样品均匀分散到溶液中为止。
（以20%®业Pt/C，载量为5ug为例）墨水滴制备：称量2mg催化剂样品放入试管中，再用移液枪加入800微升乙醇，超声混合30min-60min，到样品均匀分散到溶液中为止。
化学检验工常见电化学涂层性能测试方法
化学检验工常见电化学涂层性能测试方法电化学涂层是一种常见的表面处理方法，可用于增加材料的耐腐蚀性能、改善导电性能等。
为了确保电化学涂层的质量，需要进行一系列的性能测试。
本文将介绍几种常见的电化学涂层性能测试方法。
1. 腐蚀性能测试电化学腐蚀测试是评估电化学涂层耐腐蚀性能的重要方法之一。
常用的测试方法包括极化曲线法和电化学阻抗谱法。
（1）极化曲线法极化曲线法是一种通过测量极化曲线来评估电化学涂层在腐蚀环境中的抗腐蚀性能的方法。
通过应用一定电位范围内的电流，可以观察到电流随电位的变化关系，从而评估涂层的耐腐蚀性能。
（2）电化学阻抗谱法电化学阻抗谱法是一种通过测量电化学阻抗谱曲线来评估电化学涂层耐腐蚀性能的方法。
该方法可以得到频率范围内的电阻和电容数值，通过分析这些数据可以评估涂层的耐腐蚀性能。
2. 导电性能测试导电性能是衡量电化学涂层质量的关键指标之一。
常用的测试方法有四探针法和电阻率测量法。
（1）四探针法四探针法是一种通过测量电阻来评估电化学涂层导电性能的方法。
在该方法中，四个探针被插入涂层中，通过测量电流和电阻的关系，可以计算涂层的电导率和电阻率。
（2）电阻率测量法电阻率测量法是一种通过测量涂层材料的电阻来评估导电性能的方法。
该方法使用导电传感器在涂层表面上测量电阻，通过计算电阻率可以评估涂层的导电性能。
3. 附着力测试附着力是评估电化学涂层质量的重要指标之一。
常用的测试方法包括划伤测试、拉伸测试和冲击测试。
（1）划伤测试划伤测试是一种通过使用硬度指针在涂层表面划伤，从而评估涂层与基材之间的附着力的方法。
通过观察划痕形状和痕迹深度，可以评估涂层的附着力。
（2）拉伸测试拉伸测试是一种通过施加拉伸力来评估涂层与基材之间的附着力的方法。
通过在涂层上施加力并测量力的变化，可以计算涂层与基材的附着力。
（3）冲击测试冲击测试是一种通过施加冲击力来评估涂层与基材之间的附着力的方法。
常用的冲击测试方法包括钢球落锤测试和冲击炮测试，通过观察涂层破损情况可以评估附着力。
化学检验工常见电化学催化剂性能测试方法
化学检验工常见电化学催化剂性能测试方法在化学检验工中，电化学催化剂性能测试是一个重要的研究领域。
电化学催化剂可促进化学反应，降低反应能量，提高反应速率。
因此，准确评估电化学催化剂的性能至关重要。
本文将介绍几种常见的电化学催化剂性能测试方法。
一、循环伏安法循环伏安法是一种常用的电化学催化剂性能测试方法，通过在电解质溶液中施加一定的电势来测量电流和电压的变化情况。
该方法可以评估催化剂的氧化还原行为、反应中间体的生成和催化反应的动力学等性能。
二、线性扫描伏安法线性扫描伏安法是另一种常见的电化学催化剂性能测试方法，通过线性地改变电位并测量电流来研究电化学反应的动力学行为。
该方法可用于测定催化剂的活性、稳定性和高效性，广泛应用于燃料电池、电解水和二氧化碳还原等领域。
三、交流阻抗法交流阻抗法是一种用来研究电化学接口阻抗的测试方法。
通过施加交流电势信号，并测量电压和电流信号的响应，可以确定电解质、电极和催化剂之间的界面特性，比如电荷转移电阻、电解质阻抗和电极反应速率等。
四、计时电流法计时电流法是一种基于电化学反应速率的测试方法。
通过记录电解质溶液中的电流变化情况，可以测定催化剂的活性和稳定性。
该方法广泛应用于电解水制氢、二氧化碳还原和电化学合成等领域。
五、电化学质谱法电化学质谱法是一种结合电化学和质谱技术的测试方法。
通过将电极表面的反应产物引入质谱仪进行分析，可以确定催化剂的反应产物和反应机理。
该方法在燃料电池、电解水和电化学催化反应研究中具有重要意义。
六、原位红外光谱法原位红外光谱法是通过将红外光谱技术与电化学测试相结合的方法。
通过在电极表面施加电势，并采集反应体系的原位红外光谱信号，可以研究电化学反应的反应物吸附行为和反应机理。
该方法对于研究催化剂的反应活性和选择性具有重要意义。
综上所述，电化学催化剂性能测试方法对于评估催化剂的活性、稳定性和效率具有重要意义。
循环伏安法、线性扫描伏安法、交流阻抗法、计时电流法、电化学质谱法和原位红外光谱法等常见的测试方法可以提供对催化剂性能的全面评估。
电化学测试方法
电化学测试一般步骤：1.玻璃仪器、对电极清洗三口电解池，棕色容量瓶（高氯酸），容量瓶（硫酸），烧杯，移液管先用自来水冲洗干净后，加入洗洁精放在超声池中超声半小时，再用自来水冲洗3-4次，然后用超纯水冲洗3-4次，沥干，放入铬酸清洁液24h以上，取出后用超纯水清洗3-4次，再存放在1M的硝酸溶液中，用前取出用超纯水冲洗3次，晾干。
Pt对电极清洁，在1M硝酸溶液中扫2次CV（0-1.8或1.5V，50圈，200mV/S），扫完一次之后再更换溶液接着再扫，直到氢的吸脱附区形状(0-1.2V,10圈，，200mV/S)（3个特征峰全出），用完之后再放置在1M硝酸溶液中保存。
碳棒电极，先清洗，然后在1M硝酸溶液中扫CV（0-1.8或1.5V，50圈），用完之后再放置在11M硝酸溶液中保存。
2.HClO4(0.1mol/L)溶液配置现配现用。
取1L的棕色容量瓶，用超纯水清洗多遍（至少3遍），用干净并且干燥的移液管移取8ml 99.99%优级纯高氯酸（进口的高氯酸，3个月用完，分解出氯离子）至容量瓶中，定容。
买一个pH计。
跟大化所一款的移液枪。
3.参比校正所有的电解池、参比电极、对电极在测试前用0.1mol/L HClO4润洗3次。
在含有0.1MHClO4电解液的五口烧瓶中通氢气1h至饱和，以Pt丝为对电极和工作电极，待校正参比电极为参比电极，（1）直接读三电极体系的开路电压，开路电压就是参比电极的电位；（2）扫CV，先测开路电压，然后在开路电压正负10mV 区间来扫CV，扫描速度1mV/s，电压稳定时电流为0处所对应的电压值为参比电极校正电位。
参比电极应每天测试前校正防止电位漂移。
4.工作电极准备抛光粉和麂皮电极打磨处理，最细的Al2O3，走8字30次，水洗、硝酸洗、碱洗、醇洗，盖帽子，照出人影。
墨水滴制备：称量2mg催化剂样品放入试管中，再用移液枪加入800微升乙醇和5微升5%Nafion溶液，超声混合30min-60min，到样品均匀分散到溶液中为止。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
YF
1
1
1
1 1 Rt RL jωL
1 RC
jωCf
用R(CR(RL))求L、RL初值
YF=
1 Rt
+1 RL+jωL
❖ 3.低频容抗弧
低频下，把L视为短路，Cdl视为开路，等效电路简化为
用R(RC)模型求RC、Cf初值
等效电路方法的缺陷：构成法拉第阻抗的电路元件的物理意义不明确。
基于电极反应状态变量的数学模型
充放电性能测试方法
充放电曲线的分析（电池）：
充放电曲线的分析（电池材料）：
Potential/V Potential/V
4.4 4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0
0
0.2C
8000C 7500C 7000C 6500C
20 40 60 80 100 120 140 160 Capacity/mAh.g-1
循环性能(放电容量随充放电次数的变化）
电化学阻抗谱——解读电化学反应机理的有力手段
❖ 面对一个复杂的阻抗谱，如何入手分析？ ❖ 如何从阻抗谱中获取我们需要的信息？ ❖ 1. 等效电路及其数学描述
-Z "/.c m2
10
-1.35V
5
0
0
5
10
15
20
25
Z '/ .cm 2
举例1. 纯铝在KOH水溶液中的EIS
电化学测试方法
电化学测试方法 在化学电源研究
中的应用点滴
❖ 一、电池及其活性材料性能的评价 （充放电测试）
容量； 放电特性和内阻； 循环寿命（二次电池）； 其他（温度性能、贮存性能、耐过充性能等）
❖ 二、电池活性材料的反应机理研究
（电化学阻抗谱解析）
等效电路法及其数学描述； 基于反应动力学与状态变量的数学模型。
❖ 1.阳极过程
阻抗谱上3个时间常数
除电位E外还有2个状态变量
根据经验，考虑到： (1) 金属铝倾向于在局部“活性点”上发生电化学溶解； (2) 三个电子是分步转移的。 假定这2个状态变量是铝表面活性点的覆盖密度与中间价态Al(I)化合物的覆盖密度。
❖ 因此，假设阳极反应机理为
并引入以下假定： (1) 因电位远高于平衡电位，认为电化学步骤不可逆； (2) 上述步骤为基元反应步骤，符合经典的动力学方程。
(1) (2) (3)
(4) (5)
(6) (7)
(8) (9)
(10) (11)
(12) ❖ 这是典型的除电位E外还有两个状态变量的Faradic导纳的表达式
❖ 2. 阴极过程
对金属铝而言，即使在阳极极化下，阴极过程仍是显著的， 必须加以考虑。
(13) (14)
(15) (16)
(17) (18)
(2) Fe(III+N)(*) k2 Fe(VI) + (*) + (3-N) e-
或：3 Fe(III+N)(*) k2 (3-N) Fe(III)(*) + N Fe(VI) + (3-N) (*)
1
❖ 1和2都很小，表明活 性位只占很小的面积；
i
10-9
❖ 2远小于1，表明中间
产物Al(OH)ads的活性远
2
高于Al(ss)；
❖ 1随电位变化不大，2
10-10 -1.5 -1.4 -1.3 -1.2 -1.1 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7
随电位上升缓慢增大。
E (V vs. Hg/HgO)
(19)
(20) (21)
❖ 总反应的法拉第导纳
(22)
(23)
❖ 式(22)和式(23)在形式上是一致的，但式(23)的基本变量是等效电路元件 值，而式(22)的基本变量是基元反应速率对状态变量的偏导数。因而相 比之下，式(22)更能反映电化学反应的本质。
偏微分量的求值
❖ 理论上：得到式(22)后，即可通过非线性最小二乘法直 接从阻抗谱拟合获得这些偏微分量。
4.4 4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0
0
8000C 7500C 7000C 6500C
0.5C
20 40 60 80 100 120 Capacity/mAh.g-1
不同焙烧温度下合成的尖晶石LiMn2O4样品在0.2C和0.5C倍率下的充放电曲线
Capacity/mAh.g-1 Capacity/mAh.g-1
110 105 100
95 90 85 80 75
0
7500C
7000C 8000C
6500C 5 10 15 20 25 30
Cycle number
105 100
95 90 85 80 75 70 65 60
0
7500C
8000C
6500C 7000C 5 10 15 20 25 30 Cycle number
(32) (33) (34) (35) (36)
(37) (38)
解析结果
3.8 3.6
ln V 1 3.4 1 3.2
Fitting results:
b = 0.519 V 1
k = 3.26 mol.cm-2.s-1 1
3.0
7.0
6.8
ln V 2 6.6 2
6.4
Fitting results:
举例2：铁在浓碱中阳极氧化制备高铁酸盐 (新型电极正极材料合成)
❖ 对YF的解析
Y F R 1 t R L 1 jω L R 1 t R L /1 L /L jω R 1 t a B jω
可能的反应机理：
(1) Fe(III)(*) k1 Fe(III+N)(*) + N e-
❖ 实际上：式(22)过于复杂，直接拟合计算量太大，且没 有现成软件实现。
❖ 解决方案：利用式(22)与式(23)形式上的一致，先用 Zview等软件拟合出等效电路元件值，然后通过解方程 求偏微分量。
(24)
(25) (26) (27)
(28)
❖ 基元反应动力学参数的求值
(29) (30) (31)
1
YF
1 Rt
1 1
1
RL jωL RC
1 jωCf
等效电路的简化与元件拟合初值求取
❖ 1.高频下的容抗弧
高频下，L看作断路，Cf短路后，等效电路近似为
用R(RC)模型求Rs、Cdl、Rt初值
YF
1 Rt
1
1 1
1
RL jωL RC
1 jωCf
YF
1 Rt
❖ 2.中频感抗弧
Cf看作短路后，等效电路近似为
b = 1.46 V 2
k = 490 mol.cm-2 .s-1 2
2.8
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
E-E (V) e
6.2
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
E-E (V) e
❖ k1远小于k2，表明第一个反应步骤是速控步骤
10-8