电化学工作站伏安测试技术研究与实现

张永波

桂林市计量测试研究所广西桂林市541004

摘要：电化学工作站是运用电化学测试技术来进行测试分析的仪器设备，电化学伏安测试技术在电池参数的监测以及金属的腐蚀性研究中得到广泛应用，不过现有的电化学监测分析仪器还存在众多需要完善的地方。本篇文章对电化学工作站中的伏安测试技术进行研究，希望能够对电化学工作站的不断完善提供一定的参考。

关键词：电化学工作站；伏安测试技术；研究

一、电化学测试技术及伏安测试技术研究现状

国内外关于电化学检测技术的研究均取得了不错的进展，并且已经应用于多个领域，比如电解领域、电化学基础研究、电化学电源、金属腐蚀和防护等众多领域。近些年来电化学测试仪器也取得了良好的发展，并且与计算机技术相结合取得了创新性的改进。

电化学伏安测试技术是指通过不同的测试条件，来测量和控制电极的电势和电流，并且对两者的关系进行测试。伏安测试技术主要包括稳态伏安测试技术和暂态伏安测试技术。

二、电化学工作站稳态伏安测试技术研究与实现

对稳态伏安测试技术进行研究，主要分析稳态极化的曲线。下面将介绍稳态伏安测试技术的总体设计以及测试技术的研究与实现。

（一）稳态伏安技术总体设计概述

所谓的稳态测试是指在一定的时间段之内，密度、电极表面溶液相关物质浓度、电化学反应的电极电势以及电流电极界面的参数变化非常小，此时的电化学反应基本上稳定，所以把这种情况之下的测试称为稳态测试。

在稳态测试中被测对象是腐蚀金属电极，以其测试的结果来对金属腐蚀的电化学参数进行研究，然后获取稳态极化曲线，最后计算出相关参数。应用恒电位法以及恒电流法来测试稳态极化曲线，然后将得到的数据结果根据电压数值的大小分别划分到三个区间内：即强极化区、弱极化区以及线性极化区，然后再分别对这三个区间内的数值进行处理得到参数数值，比如正向阴极反应、逆向阳极反应传递系数以及金属腐蚀电流等等。

（二）稳态测试方法的研究和实现

在对稳态下进行测试时，应用的恒电位法以及恒电流法获得极化曲线，两个测试方法虽有不同但是最终获得相同的响应曲线。对于应用两种测试方法取得的测试结果可以应用相同的分析方法。

1.恒电位法。运用恒电位仪器确保电位的恒定，保证其在不同电位的恒定状态，当电极稳定之后可以测定特定电位下所对应的电流。由此看来，所谓恒电位法测试下的稳态极化曲线也就是将不同电位下所对应的稳定电流来绘制成曲线。

2.恒电流法。运用恒电流仪器来保证电流在不同数值下的恒定状态，当电极达到稳定状态之后再测量对应的电位。因此恒电流稳态极化曲线也就是将不同电流下所对应的的稳定电位来绘制成曲线。

3.测定方法。测量稳定值，也就是当电极反应稳定在一定数值后不会再发生改变这个时候的数值，一般采用0.5mV/S-1mV/s。

恒电位法：如下图所示，在固定的时间间隔之内，电位增幅也是固定不变的，电位的变化趋势如图所示呈现线性的变化，在固定的扫描速度之下，将呈现线型变化的电位施加给电解池。

恒电位扫描

恒电流法：在固定的时间间隔内施加固定不变的电流增幅，得到的电流变化曲线也是呈现线性变化，在固定扫描速率下，将线性变化的电流施加给电解池，电位记录的数值是在时间间隔的末端测量得到的。

三、电化学工作站稳态伏安测试技术研究与实现

在电化学工作站进行暂态伏安测试中采用控制电流法以及控制电压法进行测试，并且在不同的控制形态下采用不同的处理分析方法。

（一）暂态伏安测试技术总体设计概述

所谓的暂态是相对于稳态而言的，暂态是指对电极施加激励之后从开始一直到电极达到稳态这一个中间的过程就是暂态。当然，当通过一定的条件来改变电极的稳态状态，让电极从一个稳态到另一个稳态的中间过程所处的状态也称之为暂态。

暂态测试中则是将一般电极过程为研究对象来测试电极反应的电化学参数。对暂态电极反应进行测试时采用控制电流法和控制电压法两个类别。而控制电流法又包括恒电流阶跃、对称方波电流、双脉冲电流。控制电压法则包括了恒电压阶跃、对称方波电压以及线性扫描伏安法等。

控制电流测试法：该方法是通过对电极的电流进行控制，使其呈现出一定的规律变化，然后测试电流变化中电极的电位变化。通过分析电位与时间和电流的关系来计算电化学反应参数。

控制电位测试法：即通过对电极的电位进行控制，使其呈现出一定的规律变化，然后测试电极电位变化中电流的变化。通过分析电流与时间和电位的关系来计算电化学反应参数。

恒电流扫描

（二）暂态过程测试方法的研究与实现

暂态过程测量的电化学参数和时间相关，因此可以将问题简化为利用施加的电流或者电压随时间的相应而发生的变化，来提取出有效的信息来进行研究。

1.电化学控制体系下等效电路的模型分析。电荷传递过程中迟缓性引起电化学反应为控制步骤，反应的是电极过程中电化学反应的信息，这样的控制体系下所测量的数据处理方法为等效电路法。等效电路的结构和电化学反应中子过程的相互关系有关，连续的子过程可以采用串联电路；而对于一些并列进行的子过程则可以采取并联电路。对于暂态电流的分析可以得知暂态电流包括法拉第电流和非法拉第电流，可以将同电极表面反应电路看做分别流过两种电流的并联支路。

2.扩散控制体系下扩散方程分析。扩散控制即传递过程成为电极过程控制步骤，反应电极过程中的反应物和反应产物传质过程的基本信息。暂态过程中，电极附近的反应物的浓度是时间和空间的位置函数用c（x,t）来表示，扩散控制体系下测量的数据处理方式即为解扩散方程。

小结

本篇文章是将电化学工作站伏安测试技术作为研究对象，在电化学测试基础上对伏安测试技术进行研究，通过在稳态和暂态两种状态下的测试方法分析以及对数据的处理得到相应的参数。其实除了伏安测试技术之外，电化学测试技术还有电化学阻抗谱测试技术和电化学噪声技术，相信随着科学技术的不断发展，未来会有更多更加先进和完善的技术应用于电化学测试中，为电化学工作站的不断完善做出贡献。

参考文献

[1]翁永基.腐蚀预测和计量学基础[J].沈阳：中国腐蚀与防护学报，2011,31（4）：245-249

作者简介

张永波，桂林市计量测试研究所工程师，从事电磁学、无线电、时间频率检测工作及研究。