快速电流脉冲电化学方法


基本定义
快速电流脉冲是一种常用的电化学方法,可以应用在电分析、电化学工程等多个研究领域。特别是2~5步的多电流脉冲技术,由于其多实验参数的控制能力,常用于脉冲电沉积等快速电流脉冲实验。
就快速电流脉冲的电化学技术而言,因脉冲的步数多,周期短,响应快,周期的数量多,采集的数据量大,数据采集频率高等特点,对电化学工作站提出了更高的要求。
激励信号
基本信号特
征本实验方法是通过对测试体系施加脉冲电流值,设置不同的脉冲宽度以及每点时间,进行电压信号采集。

 

图1 快速电流脉冲的激励信号


关键参数及一般应用范围

  • 脉冲数:1~5;如选择2,则可施加三个电流脉冲信号。
  • 电流1(mA):脉冲电流值,根据实验使用的样品或电极的表观面积及相应的电流密度设置;宽度(s):脉冲宽度。
  • 电流2(mA)、电流3(mA)、电流4(mA)、电流5(mA):同上;宽度(s):脉冲宽度。
  • 每点时间(s):表示采集每个数据点所用时间。
  • 循环次数:1-1000000。
  • 全部点数:每点时间×循环次数。

研究体系及实验曲线
ZHL-02镀银液,WE-Cu片(确定具体面积),CE+RE-Ag片。
改变周期长度的对比
周期长度10s

  • 电流1:-45mA,宽度:5 s;电流2:0mA,宽度:5s
  • 每点时间:0.01s,循环次数60次
  • 占空比:1:1。总脉冲时间600s

 

周期长度10 s的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


周期长度5s

  • 电流1:-45mA,宽度:2.5s;电流2:0 mA,宽度:2.5s。
  • 每点时间:0.01s,循环次数120次。
  • 占空比:1:1,总脉冲时间600s。

 

周期长度5s的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


周期长度2.5s

  • 电流1:-45mA,宽度:1.25s;电流2:0 mA,宽度:1.25s
  • 每点时间:0.01s,循环次数240次
  • 占空比:1:1,总脉冲时间600s

 

周期长度2.5 s的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


周期长度0.5s

  • 电流1:-45 mA,宽度:0.25 s;电流2:0 mA,宽度:0.25s
  • 每点时间:0.01s,循环次数1200次
  • 占空比:1:1,总脉冲时间600s

 

周期长度0.5s的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


周期长度0.2s

  • 电流1:-45mA,宽度:0.1s;电流2:0 mA,宽度:0.1s
  • 每点时间:0.001s,循环次数3000次
  • 占空比:1:1,总脉冲时间600s

 

周期长度0.2 s的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


周期长度0.1s

  • 电流1:-45 mA,宽度:0.05s;电流2:0 mA,宽度:0.05s
  • 每点时间:0.001s,循环次数6000次
  • 占空比:1:1,总脉冲时间600s

 

周期长度0.1 s的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


周期长度0.05s

  • 电流1:-45 mA,宽度:0.025s;电流2:0 mA,宽度:0.025s
  • 每点时间:0.001s,循环次数12000次
  • 占空比:1:1,总脉冲时间600s

 

周期长度0.05 s的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


周期长度0.01s

  • 电流1:-45 mA,宽度:0.005s;电流2:0 mA,宽度:0.005s
  • 每点时间:0.0005s,循环次数60000次
  • 占空比:1:1,总脉冲时间600s

 

周期长度0.01 s的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


改变占空比的对比
占空比4:1

  • 电流1:-45 mA,宽度:0.08s;电流2:0 mA,宽度:0.02s
  • 每点时间:0.001s,循环次数3600次
  • 周期长度0.1 s,总脉冲时间360s

 

占空比4:1的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期

 

占空比1.5:1

  • 电流1:-45 mA,宽度:0.06s;电流2:0 mA,宽度:0.04s
  • 每点时间:0.001s,循环次数3600次
  • 周期长度0.1 s,总脉冲时间360s

 

占空比1.5:1的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


占空比1:1

  • 电流1:-45 mA,宽度:0.05s;电流2:0 mA,宽度:0.05s
  • 每点时间:0.001 s,循环次数3600次
  • 周期长度0.1s,总脉冲时间360s

 

占空比1:1的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


占空比1:1.5

  • 电流1:-45 mA,宽度:0.04s;电流2:0 mA,宽度:0.06s
  • 每点时间:0.001s,循环次数3600次
  • 周期长度0.1s,总脉冲时间360s

 

占空比1:1.5的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


占空比1:4

  • 电流1:-45 mA,宽度:0.02s;电流2:0 mA,宽度:0.08s
  • 每点时间:0.001s,循环次数3600次
  • 周期长度0. s,总脉冲时间360s

 

占空比1:4的快速电流脉冲曲线

 

选择放大后的10个周期


其它应用领域
快速电流脉冲技术还可以应用在以下领域:环境污染物检测,如用于除去废水中的金属、检测大气颗粒物单颗水平;电池动态应力测试、电池循环寿命测试;纳米材料制备;电力电缆中故障排查;电极过程动力学研究,电极材料的组成、特性、金属腐蚀等领域

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