正确打开电化学工作站接口的方式

正确打开电化学工作站接口的方式

1. 引言

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。电化学测试体系中使用的最多的是三电极测试体系,如下图所示,三个电极中包含有:工作电极,参比电极,辅助电极。但是在我们购买的电化学工作站中,有的电化学工作站有4个接线头,有的有六个接线头,这些接头究竟各自分别有什么作用,在不同测试体系中该如何连接这些接头呢?

图1 和PC连接的电化学工作站,一般应用于三电极测试体系

 

2. 四接头电化学工作站

图2 四电极测试体系多见于一些电池测试系统

 

在这四个接线头中,其中一个是检测正极电流输入的,另一个是检测正极电压;使用时这两个电极应同时与电池正极相连;同理,剩余的两个中,其中之一是检测负极电流输出的,另一个是检测负极电压,使用时应同时与电池负极连接。

 

与此同时,四电极体系也可以应用与三电极测试体系。相对于两电极测试体系,三电极中多了一个参比电极,参比电极是用来指示工作电极的电压的,因此参比电极与工作电极是在同一个电压检测回路中,因此原来用于检测正极电压的接口和用检测负极电压的接口应该分别接入工作电极和参比电极。而用于检测正负极电流输出的接头应该分别接入测试中的工作电极和辅助电极。

 

3. 五接头电化学工作站

图3 五接头电化学工作站接头图片极其示意图

 

有些电化学工作站带有五个接头,商家会用各种不同的颜色来标记相应的接口。这五个接头分别为:工作电极接头,工作电极感应(working sense)接头,辅助电极接头,参比电极接头和地线接头。当该类型电化学工作站用于测试的时候其不同体系的接线方法如下表所示:

在三电极测试体系中,通俗的可以认为存在两个回路:工作电极-参比电极,工作电极-辅助电极。因为在三电极体系中,需要参比电极来指示工作电极的电压,但是参比电极在有较大电流通过时会发生极化,从而导致电位发生改变,因此电化学工作站的设计让工作电极-参比电极之间的回路只有很小的电流,而实际工作电极的电流通过辅助电极构成的回路来分担。电化学工作站来施加电压,而实际的电压是通过working sense来进行检测。不过当working electrode和working sense连接在一起的时候,这两个信号是重叠的。

 

4. 六接头电化学工作站

 

Working Sense和Working electrode连接在一起作为工作电极,连接到测试样品。Working Sense检测工作电极的电压,Working electrode用来承载电路中的电流。

 

Reference一般连接参比电极,比如饱和甘汞电极(SCE)和Ag/AgCl电极。电化学工作站主要测定工作电极和参比电极之间的电压。

 

Counter electrode连接辅助电极,一般使用一些具有较大比表面积的惰性金属或者石墨电极。而counter sense一般用于Zero resistance ammeter (ZRA)模式,用于测试辅助电极的电压。

 

Floating Ground在一般情况下是属于空接状态,要确保该接头不与电解池其它部分有连接。如果,使用的电解池是普通的玻璃材质,所有的电极是不接地的,在这种情况下最好连接地线以减少噪声。

 

当测试电流很小的时候,为了减少噪声,一般需要一个法拉第屏蔽箱,这种金属壳应该与地线相接,这时接地的电极只要和屏蔽箱连接就可以了。

 

5. Zero Resistance ammeter模式

这个模式一般用于金属腐蚀电化学研究中。在这种模式下,能同时施加相同的电压到两个不同的金属电极上;与此同时,能够测量这两个样品之间的电流;通过引入参比电极能够测量样品的电压。

6. 总结

电化学工作站的主要作用是能够施加电信号(电流,电压),同时能够感应和检测电信号。因此,电化学工作站中也分别设计了施加或者检测这些信号的接口,根据不同的测试体系,可以按照相应的连接方式来获取目标信息。下图就是根据不同的测试目标的相应的接线方式。

 

来源:https://zhuanlan.zhihu.com/p/26297455

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