电化学测试技术——电化学噪声.ppt
《化学中常用的实验方法》电化学测试法
《化学中常用的实验方法》电化学测试法《化学中常用的实验方法——电化学测试法》在化学领域中，实验方法多种多样，而电化学测试法无疑是其中极为重要的一种。
电化学测试法是通过研究电化学反应过程中的电学参数变化，来获取有关物质性质、反应机理以及电极过程等重要信息的方法。
它不仅在基础化学研究中发挥着关键作用，而且在材料科学、能源科学、环境科学以及生物化学等众多领域都有着广泛的应用。
电化学测试法的基本原理基于电化学的相关理论。
简单来说，当一个化学反应涉及到电子的转移时，就可以被看作是一个电化学反应。
在电化学测试中，通常将研究对象（如电极材料、电解质溶液等）组成一个电化学池，通过测量电流、电压、电阻等电学参数的变化，来分析和理解电化学反应的特性。
常见的电化学测试技术包括循环伏安法、恒电位极化法、恒电流极化法、电化学阻抗谱等。
循环伏安法是一种非常常用的电化学测试方法。
它通过在一定的电位范围内，以线性扫描的方式改变工作电极的电位，并同时测量电流随电位的变化。
通过循环伏安曲线，可以获得有关电极反应的可逆性、氧化还原电位、电子转移数等重要信息。
例如，对于一个可逆的电化学反应，其循环伏安曲线呈现出对称的峰形；而对于不可逆反应，则峰形不对称，且峰电流和峰电位之间的关系也会有所不同。
恒电位极化法是在给定的电位下，测量电流随时间的变化。
这种方法常用于研究电极的腐蚀行为、电极表面的成膜过程等。
通过分析极化曲线，可以得到电极的腐蚀电流密度、极化电阻等参数，从而评估电极材料的耐腐蚀性。
恒电流极化法则是在给定的电流下，测量电位随时间的变化。
它在研究电池性能、电镀过程等方面有着重要的应用。
电化学阻抗谱是一种通过测量电化学系统在不同频率下的阻抗来研究电极过程的方法。
它能够提供关于电极界面的电荷转移电阻、双电层电容、扩散过程等详细信息。
通过对电化学阻抗谱的分析，可以深入了解电化学反应的动力学过程和电极界面的结构特征。
在实际应用中，电化学测试法具有诸多优点。
电化学PPT
汇报人:吴能 学号：16182006546
固体氧化物燃料电池
• SOFC：是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转 化成电能的全固态化学发电装置. 阴极：与氧气反应，生成氧离子 电解质：传导离子 阳极：氧离子与燃料气反应
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SOFC简介
成分相同，温度不同
成分不同，温度相同
结论
同一温度下，Na掺杂量为15%的离子导电率比10%的离子电导率高
同一掺杂量，温度越高，电阻越小
•
谢谢观看Biblioteka 使用时将黑色和绿色夹在一起，白色 和红色夹在一起。两电极体系，两支 分别接在电解质两侧
电化学阻抗普
电化学阻抗普：是在某一直流极化条件下，特别是在平衡电势条件下，研究电化学系 统的交流阻抗随频率的变化关系。
• 从350℃到650℃每上升50 ℃测其阻抗
• 掺杂10%和掺杂15%两种样品各一类得到几种阻抗普数据
电解质的基本性能要求
• 离子电导率
• 气密性
• 热膨胀系数一致性 • 稳定性
主要研究方向——电解质
•
实验流程
• 称取试样混合 溶胶凝胶 自蔓延燃烧
高温烧结
压片
低温炉加热
涂银浆，烧银丝
测交流阻抗普
电化学工作站
上海辰华 CHI660E
红线夹头：辅助电极 白色夹头：参比电极 绿色夹头：工作电极 黑线夹头：接地线
Autolab电化学噪声在腐蚀中的应用
Autolab电化学噪声
采用FFT变化得到频域噪声信号 变化得到频域噪声信号 采用
时域噪声信号经过FFT变换 得到功率密度谱 时域噪声信号经过 变换, 变换 PSD对频率的频域曲线 对频率的频域曲线. 对频率的频域曲线 窗口功能一般选择Hanning. 窗口功能一般选择 分析结果的类型可以选择Z(f)或E(f)/I(f) 分析结果的类型可以选择 或
Autolab电化学噪声
噪声电流上升过程的自然指数曲线 (Newman, Univ. Toronto)
将此电流取自然对数, 然后对时间做图, 得到不同斜率k的直线 将此电流取自然对数 然后对时间做图 得到不同斜率 的直线
k = 1/2, 表示形成一个坑状点蚀; 表示形成一个坑状点蚀
Autolab电化学噪声
Autolab电化学噪声
Z(f)曲线 曲线
Z(f)曲线的低频一般从 曲线的低频一般从0.01Hz开始 曲线的低频一般从 开始
Autolab电化学噪声
E(f)和I(f)曲线 和 曲线
时域噪声曲线经FFT变化 选择 变化, 选择E(f)和I(f), 时域噪声曲线经 变化 和 得到电位和电流功率密度谱(PSD)对频率的曲线 得到电位和电流功率密度谱 对频率的曲线, 对频率的曲线 然后对PSD – f曲线进行线性回归 曲线进行线性回归. 然后对 曲线进行线性回归
从低频到PSD曲线的转折点 驼峰 称为 白噪声” 曲线的转折点(驼峰 称为”白噪声 从低频到 曲线的转折点 驼峰)称为 白噪声” 白噪声表示腐蚀的强弱, 其值越高, 腐蚀越严重. 白噪声表示腐蚀的强弱 其值越高 腐蚀越严重
Autolab电化学噪声
噪声电阻R 噪声电阻 n Noise Resistance
Autolab电化学噪声
新电化学工作站PPT课件
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❖ 交流阻抗谱(EIS)在防腐 技术方面的应用
❖ 1985年发现聚苯胺能使 不锈钢的电位维持在稳定 钝化区，使其处于阳极保 护状态．聚苯胺在金属防 腐工程领域的应用成为近 年来研究的热点.
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❖ 交流阻抗谱(EIS)在金属 表面钝化方面的应用
3.具有高输入阻抗，大电流，可支持至100A电流 4.电化学噪音，多池多通道，序列测量等多个功能 5.特别设计的微分电容测试技术，完全消除了测试曲线的扭曲、毛刺 现象
6.信噪比为同类产品最好，测试数据精确度位于前茅，重现性优良 7.针对大电流测试，推荐遮断电流法技术，有效的保持高频区阻抗测 试精度；特别设计的松弛伏安法（RV）使得涂层低频区测试速度提 高百倍
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❖ 电化学测试方法的优点：
❖ 1．简单易行。可将一般难以测定的化学参数直 接变换成容易测定的电参数加以测定。
❖ 2．灵敏度高。因为电化学反应是按法拉第定律 进行的，所以，即使是微量的物质变化也可以通 过容易测定到的电流或电量来进行测定。
❖ 3．实时性好。利用高精度的特点，可以检测出 微反应量，并对其进行定量。
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❖2.电化学测试简述
❖ 电化学测定方法是将化学物质的变化归结为 电化学反应，也就是以体系中的电位、电流或者 电量作为体系中发生化学反应的量度进行测定的 方法。包括电流-电位曲线的测定；电极化学反应 的电位分析，电极化学反应的电量分析；对被测 对象进行微量测定的极谱分析；交流阻抗测试等。
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电化学工作站的原理与应用
电化学测试技术
电极电位的测量
极化条件下的电极电位测量
极化条件下的电极电位测量极化条件下的电极电位测量
极化条件下的电极电位测量
极化条件下的电极电位测量
δ=
2d
极化条件下的电极电位测量极化条件下的电极电位测量
极化条件下的电极电位测量标准氢电极
饱和甘汞电极
甘汞电极的使用注意事项
Hg/HgO电极
几种常用的水溶液体系参比电极
Hg/Hg
2SO
4
电极
Ag/AgCl电极
几种常见的电解池
，反应物
(chemical reaction before
(electron transfer
(chemical
，
每个电极基本过程在整个电极过程中的地位随具体条件而变化，而整个电极过程总是表现出占据主导地位的电极基本过程的特征，在进行电化学测试时，往往要研究某一个电极基本过程，测量某一个基本过程中的参量，因此就必须控制实验条件，突出主要矛盾，使该过程在电极总过程中占据主导地位，降低或消除其它基本过程的影响，通过研究总的电极过程研究这一基本过程。
电化学测量的主要步骤
电化学测量的主要步骤
电化学测试仪器
常用电化学工作站信息。
第二章电化学测试技术
iii.产生的电流ir，ηr= ir × Rr
(2)Cd：界面双电层电容，与b对应
i. 由电极/溶液界面上正负电荷集聚产生。
ii. 有I，电荷发生变化，电位相应变化。 iii.有I时，首先给双电层充电，界面电位差增 加→电化学反应电流增大。 iv：当ic→0，界面电位差不变，i= ir，趋于稳定。
测量回路：WE+RE（电压回路）
注意事项： （1）参比电极：可逆不极化，无i通过 （2）液体接界电位的消除。 a.最理想的方法：同溶液。 b.盐桥：浓度要大 正负离子迁移数、扩散速度接近 另一作用：减小污染 （3）减小欧姆降， a.使用鲁金毛细管 b.桥式平衡电路，进行溶液电阻补偿 c.恒电位仪本身的补偿装置 d.断电流法
b.暂态时， 电极附近液层中的反应粒子浓度 扩散层厚度 浓度梯度 均随时间变化。 Ci=f(x,t)
dC/dx≠常数 dC/dt≠0
c.暂态阶段，
电极电位 极化电流 电极表面的吸脱附状态 电极表面的双电层结构
均随时间而变化。 显然，研究暂态过程比研究稳态过程 要复杂的多。
4.但是，暂态法与稳态法相比，具有许多优点： （1）暂态法适用于研究快速电极过程
厚度：能量级差别
概念：截然不同
二、三电极体系与电流、电位的测定 1、三电极 WE:具有重现的表面性质 CE:通过电流以实现对WE的极化。SCE》SWE RE:已知电位，测WE的电位
a、可逆Hale Waihona Puke 不极化电极b、稳定性，重现性
2. 两回路
测定极化曲线的基本电路
极化回路：WE+CE+极化电源（电流回路）
(3)Zw：浓度极化阻抗，Warburg阻抗
与c对应，电化学反应→浓度极化增大→扩散阻