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電池的全面阻抗測試

點擊次數(shù)：3329 更新時間：2020-03-25

引言

我們常常從Reference™ 3000AE電化學(xué)工作站的用戶那里得到積極的阻抗測試反饋。AE輔助靜電計選項設(shè)計可以在電化學(xué)測試過程中，同時監(jiān)測多個電壓信號，具有AE選項的儀器與通常Reference 3000電化學(xué)工作站的區(qū)別，在于從前面板延伸出的4套電極線和靜電計。Framework軟件的標(biāo)準(zhǔn)方法中，可以自動識別AE選項。因此，AE選項在用戶中已經(jīng)*。

在本應(yīng)用報告中，我們來了解一下名氣沒那么大的，Interface™ 5000E電化學(xué)工作站的雙靜電計特征。恒電位儀測試電壓的同時，用戶可以采用雙靜電計進行第二個電壓測試。這與Reference™ 3000AE的輔助靜電計選項十分類似，不同之處在于它是采用儀器本身的輔助傳感電極線counter sense（橙色）進行連接，測試第二個電壓。由于沒有另外增加連接線，雙靜電計的特征十分容易被忽視。實際上，用戶可以采用雙靜電計進行5電極測試。

實驗裝置連接

雙靜電計簡化示意圖如圖1。工作電極(WE)和對電極(CE)用于測量電流，這與我們電化學(xué)工作站的連接方式一致，工作傳感電極(WS)、參比電極 (RE)和輔助傳感電極 (CS)用于測量電壓。使用5電極連接方式，我們可以同時測量三個獨立的參數(shù)：

1. 通過電池的電流, icell

2. 電池電壓Vcell， Vcell=VWS – VCS

3. 半電池電壓, 正極電壓Vpos 和負極電壓Vneg

a. Vpos=VWS – VRE

b. Vneg = VRE – VCS

有了Icell、 Vcell和Vpos (或者 Vneg)這些參數(shù)的測量值，我們就可以同時測量整個電池的阻抗，以及每個半電池的阻抗，而所有這些，僅僅需要一臺電化學(xué)工作站就足夠了！

electrochemical cell setup

圖1：5電極測試電化學(xué)池示意圖
WE: 工作電極; WS: 工作傳感電極; RE: 參比電極; CS: 輔助傳感電極; CE: 輔助電極

為了驗證，我們將Interface 5000電化學(xué)工作站連接到一個交流校準(zhǔn)電解池(貨號：990-00419)上，如圖2所示。電解池的正面可以看到兩排蕉形插孔(2 mm 和 5 mm)，用于電化學(xué)工作站電極線的連接，反面能夠看到RC-R-RC電路的痕跡。假定兩個單獨的電化學(xué)界面以導(dǎo)線連接，中間被內(nèi)部電阻隔開，這個簡單的電路將具有近似的阻抗特性。

ac dummy cell

圖2：交流校準(zhǔn)電解池990-00419)的正反面

把正反面圖重疊起來顯示每個端口的連接情況，如圖3。在交流校準(zhǔn)電解池上，CS 和 CE （忽略微小的電阻）連接到同一個節(jié)點，類似的，WS和WE也連接到同一個節(jié)點。然而，交流校準(zhǔn)電解池并非真正的四端子測試。在真正的四端子法連接時，如電池夾具，WS 和 WE與電池都是單路觸點連接的。使用雙靜電計模式，我們可以測量跨越電路板兩端的電壓，正如CS-RE 和 WS-RE之間的電壓。

diagram ac dummy cell

圖3：Gamry公司的交流校準(zhǔn)電解池示意圖。

操作運行

我們使用圖2上圖中的電極線，采用雙靜電計模式，測量了交流校準(zhǔn)電解池的阻抗，數(shù)據(jù)結(jié)果見圖4中的Nyquist圖和表格。三條曲線分別對應(yīng)全電池(R1C1- R2-R3C2)阻抗、正極半電池(R1C1-R2)阻抗和負極半電池(R3C2)阻抗。與預(yù)料的一致，全電池阻抗響應(yīng)是兩個部分重疊的圓弧向Y軸的右邊移動的結(jié)果，與兩個RC回路及一個單獨的電阻串聯(lián)的結(jié)果曲線一致。正極的半電池阻抗是一個單獨的圓弧，位于Y軸的右方，這與一個RC回路串聯(lián)一個電阻的曲線一致。后，負極半電池阻抗是一個從原點出發(fā)的單獨圓弧，這與單個RC回路的曲線一致。

nyquist plot ac dummy cell