什么是电化学工作站

　　电化学工作站是电化学测量系统的简称，是电化学研究和教学常用的测量设备。将多种测量系统组成一台整机，内含快速数字信号发生器、高速数据采集系统、电位电流信号滤波器、多级信号增益、IR降补偿电路以及恒电位仪、恒电流仪。可直接用于超微电极上的稳态电流测量。如果与微电流放大器及屏蔽箱连接，可测量1pA或更低的电流。如果与大电流放大器连接，电流范围可拓宽为±100A。某些实验方法的时间尺度的数量级可达l0倍，动态范围极为宽广，一些工作站甚至没有时间记录的限制。可进行循环伏安法、交流阻抗法、交流伏安法、电流滴定、电位滴定等测量。工作站可以同时进行两电极、三电极及四电极的工作方式。四电极可用于液/液界面电化学测量，对于大电流或低阻抗电解池(例如电池)也十分重要，可消除由于电缆和接触电阻引起的测量误差。仪器还有外部信号输入通道，可在记录电化学信号的同时记录外部输入的电压信号，例如光谱信号，快速动力学反应信号等。这对光谱电化学，电化学动力学等实验极为方便。

　　电化学工作站主要有2大类，单通道工作站和多通道工作站，区别在于多通道工作站可以同时进行多个样品测试，较单通道工作站有更高的测试效率，适合大规模研发测试需要，可以显著的加快研发速度。

　　电化学工作站已经是商品化的产品，不同厂商提供的不同型号的产品具有不同的电化学测量技术和功能，但基本的硬件参数指标和软件性能是相同的。

　　电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现，二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。因而电化学往往专指“电池的科学”。

　　电化学工作站的基本概述 (仪器型号：CHI660 830系列 美国)

       电化学工作站在电池检测中占有重要地位，它将恒电位仪、恒电流仪和电化学交流阻抗分析仪有机地结合，既可以做三种基本功能的常规试验，也可以做基于这三种基本功能的程式化试验。在试验中，既能检测电池电压、电流、容量等基本参数，又能检测体现电池反应机理的交流阻抗参数，从而完成对多种状态下电池参数的跟踪和分析。

       1.提供交流阻抗及多种常规电化学测试，交流阻抗谱宽在同类产品中duyi无二。

       2.先进的非线性阻抗拟合技术，可Z有效的表征测试体系;du家提供BV方程拟合工具，通过稳态极化曲线可精确测定体系的基本反应参数。 

       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Z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。

　　8.Z新推出光电效应测试系统，可精确检测光-电流、光-电压在不同条件下的变化，测试光电流效率、激发电子寿命及扩散系数等。

　　电化学阻抗谱

       电化学阻抗谱是一种相对来说比较新的电化学测量技术，它的发展历史不长，但是发展很迅速，目前已经越来越多地应用于电池、燃料电池以及腐蚀与防护等电化学领域。利用EIS可以分析电极过程动力学、双电层和扩散等，可以研究电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护机理等。

　　1.电化学阻抗谱的设计基础和前几章我们讨论的控制电势和控制电流技术基本类似，也是给电化学系统施加一个扰动电信号，然后来观测系统的响应，利用响应电信号分析系统的电化学性质。所不同的是，EIS给电化学系统施加的扰动电信号不是直流电势或电流，而是一个频率不同的小振幅的交流正弦电势波，测量的响应信号也不是直流电流或电势随时间的变化，而是交流电势与电流信号的比值，通常称之为系统的阻抗，随正弦波频率的变化,或者是阻抗的相位角随频率的变化。可以更直观的从这个示意图来看，利用波形发生器，产生一个小幅正弦电势信号，通过恒电位仪，施加到电化学系统上，将输出的电流/电势信号，经过转换，再利用锁相放大器或频谱分析仪，输出阻抗及其模量或相位角。通过改变正弦波的频率，可获得一些列不同频率下的阻抗、阻抗的模量和相位角，作图即得电化学阻抗谱-这种方法就称为电化学阻抗谱法。将电化学阻抗谱技术进一步延伸，在施加小幅正弦电势波的同时，还伴随一个线性扫描的电势， 这种技术称之为交流伏安法。本章只介绍电化学阻抗谱技术。由于扰动电信号是交流信号，所以电化学阻抗谱也叫做交流阻抗谱。

　　2.电化学阻抗技术就是测定不同频率的扰动信号X和响应信号Y的比值，得到不同频率下阻抗的实部、虚部、模值和相位角，然后将这些量绘制成各种形式的曲线，就得到电化学阻抗谱，常用的电化学阻抗谱有两种：一种叫做奈奎斯特图(Nyquist plot)， 一种叫做波特图(Bode plot)。

　　3. Nyquist plot是以阻抗的实部为横轴，虚部的负数为纵轴，图中的每个点代表不同的频率，左侧的频率高，成为高频区，右侧的频率低，成为低频区。

　　4.Bode plot图包括两条曲线，它们的横坐标都是频率的对数，纵坐标一个是阻抗模值的对数，另一个是阻抗的相位角。利用Nyquist plot 或者是Bode plot就可以对电化学系统的阻抗进行分析，进而获得有用的电化学信息。

　　5. 一个电化学系统必须满足如下三个基本条件，才能保证测量的阻抗谱具有意义。

　　6. (1)因果性条件(causality):输出的响应信号只是由输入的扰动信号引起的的。也就是说测量信号和扰动信号之间存在唯yi对应的因果关系，任何其它干扰信号都必须排除。如果充分注意了电化学系统环境因素(比如温度等)的控制，这个条件比较容易满足。

       (2)线性条件(linearity): 输出的响应信号与输入的扰动信号之间存在线性关系。通常的情况下，电化学系统的电流与电势之间是不符合线性关系的，而是由体系的动力学规律决定的非线性关系。但是，当采用小幅度的正弦波电势信号对系统进行扰动时，作为扰动信号的电势和响应信号的电流之间可近似看作呈线性关系，从而可近似的满足线性条件。通常作为扰动信号的电势正弦波的幅度在5mV左右，一般不超过10mV。 

       (3)稳定性条件: 扰动不会引起系统内部结构发生变化，当扰动停止后，体系能够回复到原先的状态。对于可逆反应来说，稳定性条件比较容易满足，对于不可逆的电极过程，只要电极表面的变化不是很快，当扰动幅度小，作用时间短，扰动停止后，系统也能够恢复到离原先状态不远的状态。可以近似的认为满足稳定性条件。对于非常快速的电极反应，或者是扰动的频率低，作用时间长时，稳定性条件的满足较困难，所以EIS研究快速不可逆反应有一定困难。 有限性条件：在整个频率范围内所测定的阻抗或导纳值是有限的。

　　7. EIS法具有如下的特点:

　　8. (1)由于采用小幅度的正弦电势信号对系统进行微扰，当在平衡电势附近测量时，电极上交替出现阳极和阴极过程，二者作用相反，因此，即使扰动信号长时间作用于电极，也不会导致极化现象的积累性发展和电极表面状态的积累性变化(Z电极表面状态的破坏作用较小)。因此EIS法是一种“准稳态方法”。

　　9. (2)由于电势-电流间存在线性关系，测量过程中电极处于准稳态，使得测量结果的数学处理大大简化。

　　10. (3)EIS是一种频率域测量方法，可测定的频率范围很宽，因而比常规方法得到更多的动力学信息和电极界面结构信息。 

       11. 在固体电极的EIS测量中发现，曲线总是或多或少的偏离半圆轨迹，而表现为一段圆弧，因此被称为容抗弧，这种现象被称为“弥散效应”，产生弥散的原因还不十分清楚，一般认为同电极表面的不均匀性、电极表面的吸附层及溶液导电性差有关。它反映了电极双电层偏离理想电容的性质，也就是说，把电极界面的双电层简单的等效为一个物理纯电容式是不够准确的。