电化学工作站储能体系充放电概念.doc

电化学工作站储能体系充放电概念
电池充放电、 半电池极化、 电位改变对照表
研究对象
全电池
综合研究电池正极材料与负极材料
半电池
单独研究电池正极材料或单独研究电池负极材料
电化学体系
二电极体系: 电池正极、 电池负极
三电极体系: 工作电极、 参比电极、 对电极
RST电化学工作站
电化学方法选择
电池恒流充电
电池恒流放电
电池恒流循环充放电
电池全容量分段充电
电池全容量分段放电
半电池恒流阳极极化
半电池恒流阴极极化
半电池恒流循环极化
RST电化学工作站
连接方法
绿色工作电极夹接电池正极
黄色参比电极夹接电池负极
红色对电极夹接电池负极
绿色工作电极夹接研究材料电极
黄色参比电极夹接参比电极
红色对电极夹接对电极
零电流状态
开路电压 = 正极电位 – 负极电位
开路电位 = 工作电极电位 – 参比电极电位
充电过程
电池储存能量
能量由外部电源提供给电池, 电化学工作站充当外部电源。
电流方向: 电流由绿色工作电极夹流入电池正极。
正极材料处于阳极极化状态, 失去电子, 电位升高。
负极材料处于阴极极化状态, 得到电子, 电位降低。
电池开路电压值增加。
（1）假如研究是正极材料, 则: 应使工作电极（正极材料）处于阳极极化状态, 失去电子, 电位升高, 属于储存能量过程。
（2）假如研究是负极材料, 则: 应使工作电极（负极材料）处于阴极极化状态, 得到电子, 电位降低, 属于储存能量过程。
放电过程
电池释放能量
能量由电池提供给负载。电化学工作站充当负载。
电流方向: 电流由电池正极流出至绿色工作电极夹。
正极材料处于阴极极化状态, 得到电子, 电位降低。
负极材料处于阳极极化状态, 失去电子, 电位升高。
电池开路电压值降低。
（1）假如研究是正极材料, 则: 应使工作电极（正极材料）处于阴极极化状态, 得到电子, 电位降低, 属于释放能量过程。
（2）假如研究是负极材料, 则: 应使工作电极（负极材料）处于阳极极化状态, 失去电子, 电位升高, 属于释放能量过程。
总结1
正极材料及负极材料都参与能量储存与释放。
正极材料及负极材料电位改变对电池电压都有贡献。
当我们研究半电池时, 不关心对电极上电位, 期望对电极电位改变不要干扰到工作电极电位。
总结2
对正极材料充电, 电位越充越高。让正极材料放电, 电位越放越低。
对负极材料充电, 电位越充越低。让负极材料放电, 电位越放越高。

储能器件对照表
储能器件
充放电特征
容量重量比
充放电循环次数
储能形态
一次电池
只能放电
不可充电
大
0.5次
溶液界面有电子转移
氧化还原过程
法拉第过程
二次电池
可充可放
大
100~次
溶液界面有电子转移
氧化还原过程
法拉第过程
超级电容器
可充可放
中
1000~100000次
溶液界面无电子转移
双电层电容充放电以及吸附脱附过程
非法拉第过程
电解电容器
可充可放
小
半无限
电容器充放电
非法拉第过程
正极: 金属A
介质: 金属A上生成氧化膜
负极: 电解液及金属B
无极性电容器
可充可放
特小
无限
电容器充放电
正极: 金属A
介质: 真空、 空气、 绝缘材料
负极: 金属B

RST电化学工作站测试储能体系
电化学方法
被测体系
参数设置
线性扫描伏安法
线性扫描循环伏安法
超级电容器
电池及半电池
起始电位 = 试验开始时开路电位
受电池额定电流限制, 扫描速度不能太快, 应依据经验及需要设定。
电池恒流充电
电池恒流放电
电池恒流循环充放电
电池全容量分段充电
电池全容量分段放电
电池
恒流值应小于电池额定电流。
运行中, 软件检测电压改变情况, 电压超限后按设定策略处理。
半电池恒流阳极极化
半电池恒流阴极极化
半电池恒流循环极化
半电池
恒流值应小于电池额定电流。
运行中, 软件检测电压改变情况, 电位超限后按设定策略处理。
恒流限压快速循环充放电
超级电容器
电池及半电池
对于超级电容, 恒流值 ≤（充电限压 — 放电限压）/ （4* 等效串阻）
对于电池及半电池, 恒流值应小于电池额定电流。
交流阻抗谱
超级电容器
电池及半电池
偏置电位 = 试验开始时开路电位
对于超级电容器, 偏置电位也可设成0V
微分电容-频率
超级电容器
偏置电位 = 试验开始时开路电位, 也可设成0V