电极导线电容校正

什么是电极导线电容? 为什么校正?

电化学工作站电极导线中的各个导体是由同轴电缆组成。 同轴电缆中的外导体用于屏蔽保护感兴趣的信号。 由于导线之间的绝缘特性,电缆电容出现在同轴电缆中。需要一定的时间才能使电缆达到其充电水平。 充电时间的这种滞后减慢了正在传输的信号,甚至扭曲了传输的信号。 对于高频信号,例如电化学阻抗谱(EIS)测量中出现的那些信号,这种影响会尤其显著。

以方波为例来阐述脉冲数字信号的传输,其垂直上升和下降进入同轴电缆的一端,而具有高电容的电缆会减缓这些电压转换,从而使它们从电缆的相对端出来的信号更像锯齿(见图1)。最终导致传输信号和数据的失真。

square wave through coaxial cable

图1. 通过同轴电缆输入方波(紫色)信号和输出(蓝色)信号的示意图。

降低电极导线电容影响

为了使电极导线电容的影响最小化,采取一些方法措施可以实现,例如增加绝缘体的壁厚,减小导体直径或使用较低介电常数的绝缘体等都可以。

另外一种解决这个问题的方法是通过软件进行校正。

结果

  • 第一个层次是将参数内置于测试软件中,也就是首先使用标准电极导线进行校正。这种通用的校正方法,大约消除了电极导线造成的99%的异常现象。一般这部分工作在厂家完成。
  • 第二个层次校正,是更高档次的校正,即消除制造过程中造成的具体某单根电缆之间的微小差异而导致的1%异常现象。第二级校正可以消除这些微小的测量差异并产生更准确的数据。


图2显示了没有电极导线电容校正的标准电解池的EIS数据。在频谱的高频端,可以看到数据跳跃的现象。这些发生在电化学工作站电流换挡的地方,由于电极导线的内置校正与用于测量的电极导线略有不同。

图3显示了电极导线电容校正后的标准电解池的EIS数据。都是在同一个标准电解池上获得的数据。采取电极导线电容校正后,突然的跳跃现象会消失。

calibration cell no correction cable capacitance

图2. 没有电极导线电容校正的标准电解池的EIS数据

calibration cell cable capacitance correction

图3. 电极导线电容校正后的标准电解池的EIS数据

uncorrected and corrected

图4. 电极导线电容未校正(蓝色,图2)和校正(红色,图3)后标准电解池的EIS数据的叠加对比。

图4给出了两组重叠的阻抗数据,显示了电极导线电容校正后数据的改进和提高。

如何进行电极导线电容校正?

对于Gamry Instruments的电化学工作站,一般的操作程序如下:

  1. 将电极导线连接到仪器的标准校准单元,即标准电解池,并将校准单元放入校准屏蔽箱内。
  2. 在Gamry Instruments的Framework™软件中,单击实验 > 命名脚本,选择calcable.exp脚本并将其打开。
  3. 选择校准电极导线按钮,确认已连接正确的校准单元,然后单击确定按钮。
电化学工作站操作系统会自动进行电极导线电容校正。

电极导线校准快速入门指南,Cable Calibration Quick-start Guide.

结论

Gamry Instruments电化学工作站通过软件中的电极导线电容校正功能可解决EIS谱中由于不同导线差异而带来的结果差异。有关Gamry Instruments的电化学工作和EIS测量的更多信息,请访问我们的网站www.gamry.com