今天,小编来具体介绍一下电化学工作站的原理、结构和应用,给广大行业人士提供一点参考。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。它是用于测量电化学池内电位等电化学参数的变化并对其实现控制的一种仪器,内部具有数字信号发生器、数据采集系统、多级信号增益、电位电流信号滤波器、IR降补偿电路、恒电流仪、恒电位仪,可完成不同情况下对某些电化学参数的测控。
电化学工作站主要有两大类,单通道工作站和多通道工作站,应用于生物技术、物质的定性定量分析等。两者的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。
电化学工作站具有工作电极、辅助电极、参比电极三个电极,其中,工作电极需要被测量的未知电极;辅助电极在对工作电极的测量过程中起到辅助作用,主要用于与工作电极一起形成闭合回路;参比电极在对工作电极的测量过程中起到参考的作用,其电势是固定且已知的,因此可通过对工作电极与参比电极之间的电势差的求解来得到工作电极的电势。
目前,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。一般来说,它的电池由两个电极和电极之间的电解质构成,因而电化学的研究内容应包括两个方面:一是电解质的研究,即电解质学,其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等,其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论;另一方面是电极的研究,即电极学,其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质,也就是电极和电解质界面上的电化学行为。电解质学和电极学的研究都会涉及到化学热力学、化学动力学和物质结构。
在物理化学的众多分支中,电化学是以大工业为基础的学科。它的应用主要有:
电解工业,其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业;铝、钠等轻金属的冶炼,铜、锌等的精炼也都用的是电解法;机械工业使用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整;环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物;化学电源;金属的防腐蚀问题,大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题;许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理。目前,应用电化学原理发展起来的各种电化学分析法已成为实验室和工业监控的不可缺少的手段。
电化学工作站是一种控制工作电极和参比电极之间电位差的电子仪器。其中,工作电极和参比电极都是电化学电解池里的组成部分。电化学工作站通过向辅助电极或对电极中注入电流来控制工作电极和参比电极两者间的电位差。
电化学工作站的使用一般配套三电极的电化学电解池装置。
1、工作电极
工作电极是电压受控恒定、电流可测量的一类电极。在很多的物理电化学实验中,工作电极通常采用惰性材料,比如金,铂或者玻碳。在这些例子中,工作电极仅作为表面为电化学反应的发生提供场所。
在腐蚀测试中,工作电极是要腐蚀的金属材料。一般来说,工作电极不是真正我们要学习的金属结构本身。而是采用一个小的样品来代表整体结构。这类似于使用失重试片进行测试。工作电极可以是纯金属或者包覆后的金属。
对于电池,电化学工作站直接连接到电池的负极或正极。
2、参比电极
参比电极是用于辅助测定工作电极电位的一种电极。参比电极应该具有已知且稳定的电化学电势。
实验室常用的参比电极是饱和甘汞电极(SCE)和银/氯化银电极。在野外,常会用准参考电极(工作电极所用材料)。
3、对(辅助)电极
对(辅助)电极是一个导体,用以完善电解池电流回路。
实验室用的对电极通常采用惰性材料如铂或石墨烯。在野外,人们也常用工作电极所用材料。电流自工作电极流入溶液,从对电极流出。
所有电极浸浴在电解液(导电溶液)中。电极、溶液和盛装溶液的电解池组合总成称作电化学电解池。
电化学工作站采用全浮地式设计,具有出色的稳定性和精确度;
先进的硬件和功能完善的软件,为涉及能源、材料、生命科学、环保等领域的科技工作者提供了优秀的科研平台。
电化学工作站的本质是用于控制和监测电化学池电流和电位以及其它电化学参数变化的仪器装置。
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实验,也可以做基于这三种基本功能的程式化实验。
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。
电化学工作站具体应用于:
(1)电合成、电沉积(电镀)、阳极氧化、电解等反应机理研究;
(2)电化学分析研究;
(3)能源材料(锂离子电池、太阳能电池、燃料动力电池和超级电容器等)、先进功能材料以及传感器的性能研究;
(4)金属材料的腐蚀行为研究与耐蚀性评价;
(5)缓蚀剂、水质稳定剂、涂层以及阴极保护效率的快速评价。