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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、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、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 Cdi 是雙電層電容,由電極/電解質(zhì)界面的相反電
2、荷形成,Cg 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 Cdi 小。Rb 為電解質(zhì)的本體電阻。aRbCdI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:Z=CdlRb_CgCdi2涮猛Z_(CgCdi)2-2C(2|C2R2J-.(CgCdi)2-3CdlC2R2虛部:CgCdi%22月月-Z=(Cg忙忙dl)2%3C2。2%在低頻區(qū)一0,式(2)簡(jiǎn)化為C料Z1=(CgCd|)2(1)其中,實(shí)部:cdiRZ1(CgCdl)2%2區(qū)電區(qū)電(3)當(dāng) CdiCg 時(shí),則 Cg/Ch 一 0 得到:Z1=Rb(4)此時(shí)圖1簡(jiǎn)化成純電阻Rb,在復(fù)平面圖上是一條垂直于實(shí)軸并與實(shí)
3、軸交于Rb的直線。在高頻區(qū)一 0,當(dāng) cdiCg 時(shí)式(2)簡(jiǎn)化為RbZ1=1,2C2R2而式(3)簡(jiǎn)化為C科-Z=1%2c科將式(5)與式(6)中的削去可得_2_2_2(Z-Rb/2)(-Z)=R/4式(7)表示的是一個(gè)以(Rb/2,0)為圓心,Rb/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。該阻抗圖是標(biāo)準(zhǔn)的半圓(高頻部分),外加一條垂直于實(shí)軸 Z1 的直線(低頻部分)(5)(6)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)
4、膜的厚度 d,即可求的該導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率: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)0=KFcos(p 兀/2)-j(sin(p 兀/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(Jd-1,RdA(s.cm)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 pjt/2 角度的一條直線,在高頻區(qū)為一旋轉(zhuǎn)放大的圖 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 SolartronSI1287+SI1260 上測(cè)定樣品的
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