交流阻抗技術測量聚合物電解質(zhì)離子電導率

1、.實驗 交流阻抗技術測量聚合物電解質(zhì)離子電導率一、實驗目的1、 了解交流阻抗技術原理及應用2、 應用交流阻抗技術測定聚合物電解質(zhì)離子電導率二、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，獲得研究體系相關動力學信息及電極界面結構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測量聚合物電解質(zhì)離子電導率?；緶y試電池回路的等效電路示于圖1。其中是雙電層電容，由電極電解質(zhì)界面的相反電荷

2、形成，是兩個平行電極構成的幾何電容，它的數(shù)值較雙電層電容小。為電解質(zhì)的本體電阻。 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： （1）其中，實部：z= （2）虛部：-z= （3）在低頻區(qū)0，式（2）簡化為 z=精品.當時，則/0得到： z= （4）此時圖1簡化成純電阻，在復平面圖上是一條垂直于實軸并與實軸交于的直線。在高頻區(qū)，當時式（2）簡化為z= （5）而式（3）簡化為-z= （6）將式（5）與式（6）中的削去可得 （7）式（7）表示的是一個以（/2，0）為圓心，/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。該阻抗圖是一個

3、標準的半圓（高頻部分），外加一條垂直于實軸z的直線（低頻部分）。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)膜的厚度d，即可求的該導電聚合物的電導率：（s.cm-1）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）-p= k-p cos（p/2）-j（sin（p/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（r精品.b，0）點并與實軸 呈p/2角度的一條直線，在高頻區(qū)為一旋轉放大的半圓. 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solartron si1287+si1260上測定樣品的交流阻抗譜。頻率范圍從1hz到105hz3、由交流阻抗圖譜