电化学工作站的工作原理以及应用
点击次数：1973 更新时间：2021-03-23
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.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。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。
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常用的方法，因为电流、电压均保持动态的过程，才是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。
4.交流阻抗法
交流阻抗法的主要实现方法是，控制电化学系统的电流在小幅度的条件下随时间变化，同时测量电势随时间的变化获取阻抗或导纳的性能，进而进行电化学系统的反应机理分析及计算系统的相关参数等。交流阻抗谱可以分为电化学阻抗谱(EIS)和交流伏安法。EIS探究的是某一极化状态下，不同频率下的电化学阻抗性能；而交流伏安法是在某一特定频率下，研究交流电流的振幅和相位随时间的变化。
由于采用小幅度的正弦电势信号对系统进行微扰，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*化现象的积累性发展和电极表面状态的积累性变化。因此EIS是一种“准稳态方法”。通过EIS，我们一般可以分析出一些表面吸附作用以及离子扩散作用的贡献分配，电化学系统的阻抗大小、频谱特性以及电荷电子传输的能力强弱等等。
