循環(huán)伏安測試技術(shù)

  電化學(xué)工作站對于電容的測試實(shí)際上不是那么容易的，出現(xiàn)錯(cuò)誤結(jié)果的一個(gè)原因可能是恒電位儀所使用的反饋回路不穩(wěn)定。電容元件會(huì)把一定的相移量加到了反饋回路中，因此，電路中會(huì)產(chǎn)生寄生振蕩信號(hào)，這種寄生震蕩會(huì)使恒電位儀產(chǎn)生不正確的結(jié)果，如亂點(diǎn)或嚴(yán)重的電流偏移等現(xiàn)象。

  另一個(gè)情況是電化學(xué)工作站本身的循環(huán)伏安測量技術(shù)的設(shè)計(jì)問題。數(shù)字化技術(shù)的使用，通過小步長臺(tái)階技術(shù)替代了傳統(tǒng)的模擬掃描技術(shù)，這種技術(shù)實(shí)際上是通過軟件控制數(shù)模轉(zhuǎn)化器（D / A）來實(shí)現(xiàn)的一種近似方法。數(shù)字技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以容易地產(chǎn)生任意波形，例如穩(wěn)定的慢信號(hào)（掃描速率接近零）等。測量結(jié)果使用 A

/ D 轉(zhuǎn)換器在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理。這是現(xiàn)代工作站具有靈活的和友好的軟件和硬件的基礎(chǔ)。

 

連續(xù)和離散電壓信號(hào)

 

  但是臺(tái)階掃描的技術(shù)也存在一定的問題，由 D/A 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號(hào)是離散信號(hào)而非真正的連續(xù)信號(hào)，即使大大提高步長分辨率，但是它還是離散的信號(hào)。然而循環(huán)伏安的計(jì)算理論是需要有穩(wěn)定的和連續(xù)的掃描信號(hào)。對于電容性測試來說，這個(gè)就有著明顯的影響。

dU(t) ，恒定的電壓掃描速率將會(huì)產(chǎn)生

如果將電壓信號(hào) U(t)施加到電容器兩端，則電流響應(yīng)為 I(t)= C· dt

 

恒定的電流。根據(jù)電子學(xué)原理，而離散的臺(tái)階信號(hào)將產(chǎn)生 δ 脈沖電流，δ 脈沖電流理論是在無窮短的時(shí)間間隔內(nèi)具有無窮大的強(qiáng)度。在實(shí)際電路中，δ 脈沖變成高振幅的短脈沖，脈沖形狀由恒電位儀脈沖響應(yīng)特性和寄生效應(yīng)來決定。如果測量技術(shù)的設(shè)計(jì)是在相對于該脈沖之后的一定延遲時(shí)間再來進(jìn)行采樣，那么得到的結(jié)果必定是不正確的。

  要獲得正確的電流結(jié)果的方法是通過對整個(gè)臺(tái)階步長時(shí)間間隔來進(jìn)行積分來計(jì)算電荷，然后計(jì)算平

均電流。這個(gè)計(jì)算結(jié)果得到的電流值與用傳統(tǒng)模擬的掃描技術(shù)方法測得的電流值*相同。德國札納（zahner） 公司一直以來都采用這種數(shù)字積分平均技術(shù)進(jìn)行循環(huán)伏安的測試。

  所使用的電化學(xué)工作站是否使用了積分技術(shù)來測試電流，測試的結(jié)果是否正確，都可以通過簡單的實(shí)驗(yàn)來檢測。

  具體的實(shí)驗(yàn)可以采用一個(gè)普通的大約 1μF 電解電容器來進(jìn)行驗(yàn)證，選擇 100mV / s 掃描速率，電壓掃描范圍為±1V。根據(jù)公式 I(t)= C·

 

dU(t)1μF 的電容器在 100mv/s 的掃速時(shí)，應(yīng)該得到±0.1μA 的方波電流

dt

 

（實(shí)際測試時(shí)需要考慮 5％-25％的電容誤差）。電容的準(zhǔn)確值可以使用 EIS 技術(shù)來獲得，此實(shí)驗(yàn)中的 1uF 電容的 EIS 測試值為 0.96uF，所以理論上應(yīng)該測試到 96nA 的電流值. 如果實(shí)驗(yàn)中能夠得到此結(jié)果，說明正在使用的電化學(xué)工作站采用了電流積分平均技術(shù)，循環(huán)伏安的測試結(jié)果是正確的，可靠的。如果得不到這個(gè)結(jié)果，就需要檢查所用設(shè)備的問題所在了。

 

1uF 電容器測試的電流-電壓圖