交流阻抗技術(shù)測量聚合物電解質(zhì)離子電導率

1、實驗交流阻抗技術(shù)測量聚合物電解質(zhì)離子電導率、實驗目的1、了解交流阻抗技術(shù)原理及應用2、應用交流阻抗技術(shù)測定聚合物電解質(zhì)離子電導率、實驗原理交流阻抗法是一種以小振幅的正弦波電位（或電流）為擾動信號，疊加在外加直流電壓上，并作用于電解池。通過測量系統(tǒng)在較寬頻率范圍的阻抗譜，獲得研究體系相關(guān)動力學信息及電極界面結(jié)構(gòu)信息的電化學測量方法。例如，可從阻抗譜中含有時間常數(shù)個數(shù)及其大小推測影響電極過程的狀態(tài)變化情況，可以從阻抗譜觀察電極過程中有無傳質(zhì)過程的影響等。本實驗采用交流交流阻抗技術(shù)測量聚合物電解質(zhì)離子電導率。基本測試電池回路的等效電路示于圖 1。其中 Cdi 是雙電層電容，由電極/電解質(zhì)界面的相反電

2、荷形成，Cg 是兩個平行電極構(gòu)成的幾何電容，它的數(shù)值較雙電層電容 Cdi 小。Rb 為電解質(zhì)的本體電阻。aRbCdI圖 1 測試電池的等效電路由圖 1 等效電路計算得相應的阻抗值:Z=CdlRb_CgCdi2涮猛Z_(CgCdi)2-2C(2|C2R2J-.(CgCdi)2-3CdlC2R2虛部:CgCdi%22月月-Z=(Cg忙忙dl)2%3C2。2%在低頻區(qū)一0,式（2）簡化為C料Z1=（CgCd|）2(1)其中，實部：cdiRZ1(CgCdl)2%2區(qū)電區(qū)電(3)當 CdiCg 時，則 Cg/Ch 一 0 得到：Z1=Rb（4）此時圖1簡化成純電阻Rb,在復平面圖上是一條垂直于實軸并與實

3、軸交于Rb的直線。在高頻區(qū)一 0,當 cdiCg 時式（2）簡化為RbZ1=1,2C2R2而式(3)簡化為C科-Z=1%2c科將式(5)與式(6)中的削去可得_2_2_2(Z-Rb/2)(-Z)=R/4式（7）表示的是一個以（Rb/2,0）為圓心，Rb/2 為半徑的圓方程。在復平面圖上表現(xiàn)為一個半圓。綜合式（4）和（7）,與圖 1 對應的阻抗圖譜如圖 2 所示。該阻抗圖是標準的半圓（高頻部分），外加一條垂直于實軸 Z1 的直線（低頻部分）(5)(6)圖 2 與圖 1 等效電路對應的阻抗圖譜由圖 2 中直線與實軸的交點，可求出本體電解質(zhì)的電阻值Rb。通過測定測試電池的電極面積 A 與聚合物電解質(zhì)

4、膜的厚度 d,即可求的該導電聚合物的電導率：在實際聚合物電解質(zhì)電導率測量中，通常得到的是由壓扁的半圓和傾斜的尾線組成，如圖 3 所示。因此僅用電阻和電容組成的等效電路，不能很好的解釋電極/電解質(zhì)界面雙電層。近年來，人們采用固定相元 cpe 作為等效元件來解釋阻抗數(shù)據(jù)。所謂固定相元 cpe,可想象為一個漏電容，其性質(zhì)介于電阻與電容之間，其阻抗表達式為：Zcpe=K（j）0=KFcos（p 兀/2）-j（sin（p 兀/2）其中，0p1,K 為常數(shù)將固定相元 cpe 引入聚合物電解質(zhì)測定的等效電路中能較好地解釋圖 2 與圖(Jd-1,RdA(s.cm)3 阻抗圖譜的不同。(具體推導過程略)在低頻區(qū)阻抗圖上，是一條與實軸相交于 O(Rb,0)點并與實軸呈 pjt/2 角度的一條直線，在高頻區(qū)為一旋轉(zhuǎn)放大的圖 3 聚合物電解質(zhì)阻抗圖三、實驗步驟將一定尺寸聚合物電解質(zhì)膜夾在兩片金屬電極間，連接好測量線路2、在電化學綜合測試儀 SolartronSI1287+SI1260 上測定樣品的