理论教育 循环伏安法的原理及应用

循环伏安法的原理及应用

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:继续以相同的速度反方向重新扫描至φ1,之后以三角波的形式在两电势间来回扫描,根据电流随电极电势的变化即可作出循环伏安曲线。在富锂材料研究中,可使用循环伏安法测试富锂锰基正极材料,表征制作电极的可逆性,并结合充、放电曲线研究层状富锂材料的电化学反应机理。

循环伏安法的原理及应用

循环伏安法是线性扫描技术中的一种,设定以初始电势φ1为起点,使电极电势朝一个方向随时间作线性变化,并根据不同需求设定扫描速率v以及记录下电流的变化情况,当电势达到φ2后。继续以相同的速度反方向重新扫描至φ1,之后以三角波的形式在两电势间来回扫描,根据电流随电极电势的变化即可作出循环伏安曲线。从曲线上可观察到代表氧化反应的氧化峰和代表还原反应的还原峰,根据氧化还原峰的峰电势及其差值、峰电流大小等参数可以研究电池的可逆性能、反应历程、吸附现象和反应机理等。在富锂材料研究中,可使用循环伏安法测试富锂锰基正极材料,表征制作电极的可逆性,并结合充、放电曲线研究层状富锂材料的电化学反应机理。

在扫描过程中,v对暂态极化曲线的形状和数值影响较大。只有v足够慢时,才可得到稳态极化曲线。在扫描的过程中:一方面电极反应速率随电极电势增加而增加;另一方面随着反应的进行,电极表面反应物的浓度下降,扩散流量逐渐下降,相反的作用共同造成了电流峰。

在扩散控制的可逆体系中,在假设电极反应可逆的前提下,可用Nernst方程表示电极电位与位于电极表面的各种反应离子浓度的关系:

式中 :反应粒子O在电极表面的活度。

   :反应粒子R在电极表面的治度。

   :反应粒子O在电极表面的浓度。

   :反应粒子R在电极表面的浓度。

   (fO,fR分别为反应粒子O和R的活度系数),通过代入常数计算后,计算得到室温下(25 ℃)峰值电流Ip的表达式:(www.daowen.com)

式中 Ip——峰值电流,A;

   n——电极反应的得失电子数;

   S——电极的真实表面积,cm2

   DO——反应物的扩散系数,cm2·s-1

   ——反应物的初始浓度,mol·cm-3

   v——扫描速率,V·s-1

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