Что такое гальваностат?

Что такое гальваностат?

Гальваностат — это устройство в электрохимии.

Это устройство подает напряжение на образец, чтобы вызвать химическую реакцию или обнаружить изменение физической величины, вызванное химической реакцией. Гальваностаты обычно используются в сочетании с потенциостатами, которые также являются измерительными приборами в электрохимии.

Эти два устройства управляют ячейкой, содержащей три типа электродов: электрод-образец, противоэлектрод и электрод сравнения. То, что управляется потенциостатами и гальваностатами, отличается: первый управляет напряжением, а второй — током.

Применение гальваностатов

Гальваностаты используются в хронопотенциометрии и тестировании разряда аккумуляторов.

1. Хронопотенциометрия

Хронопотенциометрия — это метод измерения данных путем отслеживания изменений электрического потенциала с течением времени. Обычно к электроду-образцу прикладывается постоянный ток, и параметры, связанные с электрохимическими реакциями, получаются без потока между электродом-образцом и электролитом.

Полученные параметры включают концентрацию веществ, участвующих в окислительно-восстановительной реакции, и коэффициент диффузии. Для управления окислительно-восстановительной реакцией компонентов, присутствующих в электролите, в качестве электрода для этого измерения используется платина, поскольку она нелегко растворяется в ионы.

2. Разряд батареи

Существуют первичные и вторичные батареи. Первичные батареи — это отработанные батареи, и их можно только разрядить. Вторичные батареи, с другой стороны, можно разряжать и перезаряжать, и их можно использовать многократно.

Гальваностаты используются для оценки производительности разряда и перезаряда. Литий-ионные батареи являются примерами перезаряжаемых батарей. Литий-ионные батареи используются в смартфонах и гибридных автомобилях.

Принцип работы гальваностата

Для гальваностата требуются генератор сигналов и ПК, а также измеряемый объект. Для генератора сигналов используется анализатор частотного отклика (FRA), который добавляет синусоидальную кривую с постоянной частотой. Выходная синусоидальная кривая FRA подается на гальваностат для получения напряжения. Напряжение, генерируемое в гальваностате, заставляет ток протекать через измеряемый объект, а ответный сигнал от образца подается на гальваностат.

Входной сигнал гальваностата преобразуется в волну и подается на FRA. В это время генерируется волна sin (омега), фаза которой смещена на омега относительно входной волны sin. Фазовый сдвиг зависит от объекта измерения.

Волна sin (омега) преобразуется Фурье в FRA, и извлекаются только компоненты частоты измерения. Наконец, данные, извлеченные с помощью преобразования Фурье, отправляются на ПК. Контролируя эти значения, можно количественно оценить параметры.

Другая информация о гальваностате

1. Принцип FRA

FRA — это устройство, которое подает синусоидальный сигнал на испытываемый объект и наблюдает за его частотной характеристикой. FRA использует метод цифровой корреляции, называемый SSC (Single Sine Correlation), для определения импеданса.

FRA — это наиболее широко используемый метод измерения для электрохимических измерительных приложений с базовой точностью амплитуды 0,1% и базовой точностью фазы 0,1 градуса. Ответный сигнал, возвращаемый измеряемым объектом, представляет собой не только частоту входного сигнала, но также включает другие частотные компоненты.

Чтобы получить только частоту входного сигнала, FRA умножает ответный сигнал на синусоидальную волну в фазе с входным сигналом и синусоидальную волну со сдвинутой фазой на 90 градусов. Разделив частотные компоненты на действительные и мнимые компоненты, можно получить те же частотные компоненты, что и входной сигнал в ответном сигнале.

2. Особенности FRA

Одной из особенностей FRA является его превосходная функция шумоподавления: FRA может уменьшать высокочастотные компоненты до -60 дБ или ниже с помощью одного измерения, используя метод корреляции одного синуса. Дальнейшее удаление шумовых компонентов возможно путем увеличения числа интегрирований. Даже если анализируемый сигнал имеет амплитуду ниже шума, его все равно можно извлечь.

Другим преимуществом является широкий диапазон частот (от 10 мкГц до 1 МГц), в котором он может проводить измерения. Поскольку сигнал обрабатывается цифровым способом, включая выход внутреннего генератора, искажения формы сигнала отсутствуют.