交流阻抗技術(shù)測(cè)量聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率

1、實(shí)驗(yàn) 交流阻抗技術(shù)測(cè)量聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解交流阻抗技術(shù)原理及應(yīng)用2、 應(yīng)用交流阻抗技術(shù)測(cè)定聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率二、實(shí)驗(yàn)原理交流阻抗法是一種以小振幅的正弦波電位（或電流）為擾動(dòng)信號(hào)，疊加在外加直流電壓上，并作用于電解池。通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)在較寬頻率范圍的阻抗譜，獲得研究體系相關(guān)動(dòng)力學(xué)信息及電極界面結(jié)構(gòu)信息的電化學(xué)測(cè)量方法。例如，可從阻抗譜中含有時(shí)間常數(shù)個(gè)數(shù)及其大小推測(cè)影響電極過(guò)程的狀態(tài)變化情況，可以從阻抗譜觀察電極過(guò)程中有無(wú)傳質(zhì)過(guò)程的影響等。本實(shí)驗(yàn)采用交流交流阻抗技術(shù)測(cè)量聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率?；緶y(cè)試電池回路的等效電路示于圖1。其中是雙電層電容，由電極電解質(zhì)界面的相反電荷形

2、成，是兩個(gè)平行電極構(gòu)成的幾何電容，它的數(shù)值較雙電層電容小。為電解質(zhì)的本體電阻。 圖1 測(cè)試電池的等效電路由圖1等效電路計(jì)算得相應(yīng)的阻抗值： （1）其中，實(shí)部：Z= （2）虛部：-Z= （3）在低頻區(qū)0，式（2）簡(jiǎn)化為 Z=當(dāng)時(shí)，則/0得到： Z= （4）此時(shí)圖1簡(jiǎn)化成純電阻，在復(fù)平面圖上是一條垂直于實(shí)軸并與實(shí)軸交于的直線。在高頻區(qū)，當(dāng)時(shí)式（2）簡(jiǎn)化為Z= （5）而式（3）簡(jiǎn)化為-Z= （6）將式（5）與式（6）中的削去可得 （7）式（7）表示的是一個(gè)以（/2，0）為圓心，/2為半徑的圓方程。在復(fù)平面圖上表現(xiàn)為一個(gè)半圓。綜合式（4）和（7），與圖1對(duì)應(yīng)的阻抗圖譜如圖2所示。該阻抗圖是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的半

3、圓（高頻部分），外加一條垂直于實(shí)軸Z的直線（低頻部分）。圖2 與圖1 等效電路對(duì)應(yīng)的阻抗圖譜由圖2中直線與實(shí)軸的交點(diǎn)，可求出本體電解質(zhì)的電阻值Rb 。通過(guò)測(cè)定測(cè)試電池的電極面積A與聚合物電解質(zhì)膜的厚度d，即可求的該導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率：（s.cm-1）在實(shí)際聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率測(cè)量中，通常得到的是由壓扁的半圓和傾斜的尾線組成，如圖3所示。因此僅用電阻和電容組成的等效電路 ，不能很好的解釋電極/電解質(zhì)界面雙電層。近年來(lái)，人們采用固定相元cpe 作為等效元件來(lái)解釋阻抗數(shù)據(jù)。所謂固定相元cpe，可想象為一個(gè)漏電容，其性質(zhì)介于電阻與電容之間，其阻抗表達(dá)式為：Zcpe=K（j）-p= K-p cos（p/2）-j（sin（p/2）其中，0p1，K 為常數(shù)將固定相元cpe 引入聚合物電解質(zhì)測(cè)定的等效電路中能較好地解釋圖2與圖3阻抗圖譜的不同。（具體推導(dǎo)過(guò)程略）在低頻區(qū)阻抗圖上，是一條與實(shí)軸相交于O（Rb，0）點(diǎn)并與實(shí)軸 呈p/2角度的一條直線，在高頻區(qū)為一旋轉(zhuǎn)放大的半圓. 圖3聚合物電解質(zhì)阻抗圖三、實(shí)驗(yàn)步驟將一定尺寸聚合物電解質(zhì)膜夾在兩片金屬電極間，連接好測(cè)量線路2、在電化學(xué)綜合測(cè)試儀Solartron SI1287+SI1260上測(cè)定樣品的交流阻抗譜。頻率