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电化学工作站储能体系充放电概念.doc

1、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

2、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

3、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,

4、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

5、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

6、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

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