今天,小編來具體介紹一下電化學工作站的原理、結構和應用,給廣大行業(yè)人士提供一點參考。電化學工作站是電化學測量系統(tǒng)的簡稱,是電化學研究和教學常用的測量設備。它是用于測量電化學池內(nèi)電位等電化學參數(shù)的變化并對其實現(xiàn)控制的一種儀器,內(nèi)部具有數(shù)字信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、多級信號增益、電位電流信號濾波器、IR降補償電路、恒電流儀、恒電位儀,可完成不同情況下對某些電化學參數(shù)的測控。
電化學工作站主要有兩大類,單通道工作站和多通道工作站,應用于生物技術、物質(zhì)的定性定量分析等。兩者的區(qū)別在于多通道工作站可以同時進行多個樣品測試,較單通道工作站有更高的測試效率,適合大規(guī)模研發(fā)測試需要,可以顯著的加快研發(fā)速度。
電化學工作站具有工作電極、輔助電極、參比電極三個電極,其中,工作電極需要被測量的未知電極;輔助電極在對工作電極的測量過程中起到輔助作用,主要用于與工作電極一起形成閉合回路;參比電極在對工作電極的測量過程中起到參考的作用,其電勢是固定且已知的,因此可通過對工作電極與參比電極之間的電勢差的求解來得到工作電極的電勢。
目前,電化學工作站已經(jīng)是商品化的產(chǎn)品,不同廠商提供的不同型號的產(chǎn)品具有不同的電化學測量技術和功能,但基本的硬件參數(shù)指標和軟件性能是相同的。一般來說,它的電池由兩個電極和電極之間的電解質(zhì)構成,因而電化學的研究內(nèi)容應包括兩個方面:一是電解質(zhì)的研究,即電解質(zhì)學,其中包括電解質(zhì)的導電性質(zhì)、離子的傳輸性質(zhì)、參與反應離子的平衡性質(zhì)等,其中電解質(zhì)溶液的物理化學研究常稱作電解質(zhì)溶液理論;另一方面是電極的研究,即電極學,其中包括電極的平衡性質(zhì)和通電后的極化性質(zhì),也就是電極和電解質(zhì)界面上的電化學行為。電解質(zhì)學和電極學的研究都會涉及到化學熱力學、化學動力學和物質(zhì)結構。
在物理化學的眾多分支中,電化學是以大工業(yè)為基礎的學科。它的應用主要有:
電解工業(yè),其中的氯堿工業(yè)是僅次于合成氨和硫酸的無機物基礎工業(yè);鋁、鈉等輕金屬的冶煉,銅、鋅等的精煉也都用的是電解法;機械工業(yè)使用電鍍、電拋光、電泳涂漆等來完成部件的表面精整;環(huán)境保護可用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物;化學電源;金屬的防腐蝕問題,大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕問題;許多生命現(xiàn)象如肌肉運動、神經(jīng)的信息傳遞都涉及到電化學機理。目前,應用電化學原理發(fā)展起來的各種電化學分析法已成為實驗室和工業(yè)監(jiān)控的不可缺少的手段。
電化學工作站是一種控制工作電極和參比電極之間電位差的電子儀器。其中,工作電極和參比電極都是電化學電解池里的組成部分。電化學工作站通過向輔助電極或對電極中注入電流來控制工作電極和參比電極兩者間的電位差。
電化學工作站的使用一般配套三電極的電化學電解池裝置。
1、工作電極
工作電極是電壓受控恒定、電流可測量的一類電極。在很多的物理電化學實驗中,工作電極通常采用惰性材料,比如金,鉑或者玻碳。在這些例子中,工作電極僅作為表面為電化學反應的發(fā)生提供場所。
在腐蝕測試中,工作電極是要腐蝕的金屬材料。一般來說,工作電極不是真正我們要學習的金屬結構本身。而是采用一個小的樣品來代表整體結構。這類似于使用失重試片進行測試。工作電極可以是純金屬或者包覆后的金屬。
對于電池,電化學工作站直接連接到電池的負極或正極。
2、參比電極
參比電極是用于輔助測定工作電極電位的一種電極。參比電極應該具有已知且穩(wěn)定的電化學電勢。
實驗室常用的參比電極是飽和甘汞電極(SCE)和銀/氯化銀電極。在野外,常會用準參考電極(工作電極所用材料)。
3、對(輔助)電極
對(輔助)電極是一個導體,用以完善電解池電流回路。
實驗室用的對電極通常采用惰性材料如鉑或石墨烯。在野外,人們也常用工作電極所用材料。電流自工作電極流入溶液,從對電極流出。
所有電極浸浴在電解液(導電溶液)中。電極、溶液和盛裝溶液的電解池組合總成稱作電化學電解池。
電化學工作站采用全浮地式設計,具有出色的穩(wěn)定性和精確度;
先進的硬件和功能完善的軟件,為涉及能源、材料、生命科學、環(huán)保等領域的科技工作者提供了優(yōu)秀的科研平臺。
電化學工作站的本質(zhì)是用于控制和監(jiān)測電化學池電流和電位以及其它電化學參數(shù)變化的儀器裝置。
電化學工作站在電池檢測中占有重要地位,它將恒電位儀、恒電流儀和電化學交流阻抗分析儀有機地結合;
既可以做三種基本功能的常規(guī)實驗,也可以做基于這三種基本功能的程式化實驗。
在試驗中,既能檢測電池電壓、電流、容量等基本參數(shù);
又能檢測體現(xiàn)電池反應機理的交流阻抗參數(shù),從而完成對多種狀態(tài)下電池參數(shù)的跟蹤和分析。
電化學工作站具體應用于:
(1)電合成、電沉積(電鍍)、陽極氧化、電解等反應機理研究;
(2)電化學分析研究;
(3)能源材料(鋰離子電池、太陽能電池、燃料動力電池和超級電容器等)、先進功能材料以及傳感器的性能研究;
(4)金屬材料的腐蝕行為研究與耐蝕性評價;
(5)緩蝕劑、水質(zhì)穩(wěn)定劑、涂層以及陰極保護效率的快速評價。