【液流科普】全新出炉！一文学会液流电池的CV与EIS测试（以全钒液流电池体系为例）
一文学会液流电池的CV与EIS测试 （以全钒液流电池体系为例） （1）测试简介 在液流电池研究中，循环伏安法（CV）与电化学阻抗谱（EIS）是贯穿电极材料、界面、电解液三大核心体系的通用表征手段，可用来评估电极活性、电解液改性、进行电解液添加剂筛选、电极/电解液的氧化还原反应动力学分析、稳定性判断等研究。具体而言，CV曲线可以快速判断氧化还原反应的可逆性、峰电位、峰电流、反应数量、添加剂对电化学行为的影响；EIS可以解析欧姆阻抗、电荷转移阻抗、扩散阻抗，区分“电极–电解液界面”与 “电解液本体”的贡献，还可以通过Zview等软件进行等效电路拟合，量化不同电阻的贡献。 （2）测试设备 电化学工作站(支持三电极体系)，尽量选择允许工作电流较大的，至少要大于2A。 电流等于工作电极电流密度*电极尺寸。 本次演示设备为瑞士万通VIONIC。 接线图示： 示意图 实物图 （3）测试体系 测试采用三电极体系，不同体系液流电池测试电解液以及电压区间选择都不尽相同，选择原则如下：电压窗口根据半反应的热力学电位确定；参比电极和对电极根据溶液体系以及酸碱性确定。电解液根据其正极侧和负极侧发生的氧化还原反应选择。 如锌溴液流电池正极发生Br⁻/Br₂氧化/还原反应，电压窗口0.5V~1.2V（vs.Ag/AgCl），负极发生Zn²⁺/Zn沉积/溶解反应，电压窗口-1.2V ~ 0V（vs.Ag/AgCl），参比电极可以用Ag/AgCl电极，对电极为铂片。CV和EIS测试时正负极都用0.1M ZnBr2溶液。 如铁铬液流电池正极侧反应为Fe3+/Fe2+,测试电解液一般为0.1 M FeCl2+1 M HCl溶液，电压窗口为0.4V~0.9V（vs.Ag/AgCl），负极反应为Cr3+/Cr2+，测试电解液一般为0.1 M CrCl3+ 1 M HCl溶液，电压窗口为-0.8V~ -0.1V（vs.Ag/AgCl）。对电极为铂片。 使用其他参比电极时可以根据标准氢电极进行电位窗口换算。 （4）实操测试演示（基于全钒液流电池体系） 正极侧VO2+/VO2+： 电解液一般为50-100mL的0.1M VO2++3M H2SO4溶液。 对电极：一般为铂片电极，有时也可以选用碳棒。有条件可以选择大的铂网电极（对电极面积通常是工作电极的10倍以上，从而保证极化只发生在工作电极上），本次测试所用对电极为10×10 cm铂网电极。 工作电极：石墨毡，碳毡，玻碳电极等，本次测试所用为2*2cm石墨毡（XGL）。 参比电极：酸性条件一般用Ag/AgCl电极 也可以用SCE电极。 正极测试CV电位区间一般为0.5-1.4V。 负极侧V2+/V3+： 电解液一般为50-100mL 0.1M V2+ +3M H2SO4溶液，值得注意的是，V2+在空气中极易氧化不能直接配制。本文展示所用电解液为武汉之升新能源提供的3.5价钒电解液通过单电池完全充电后（50-80mA/cm-2先恒流后恒压充电）得到的负极电解液稀释成目标浓度。有条件可以使用全密封电解池并在测试前和测试中通氮气保护。达不到该条件可以取出电解液后迅速测试，现配现用，短时间测试影响较小。 除电解液外，三电极体系其他材料与VO2+/VO2+完全相同。 负极测试CV电位区间一般为-0.8~-0.2V。 第一部分：CV测试 数据处理： 数据展示： 左图为正极电解液，右图为负极电解液 注意：CV测试时，未经改性的原始电极一般在负极电解液中会剧烈析氢，导致没有氧化还原峰(如下图)，这是正常现象，上图中的负极电解液CV曲线测试的是改性后的电极。 原始电极负极电解液CV测试 CV数据分析： 峰电流（Ip）反映速率和浓度，峰电位（Ep）反映热力学性质，半峰宽：电极有反应可逆性（从峰值电流的一半处画水平线与峰的前沿交点），峰电流比：反应对称性和可逆性。 […]