半波势在循环伏安法中的意义

关键的外卖

• 循环伏安法中的半波电位就像特定电化学反应的指纹。

• 通过观察循环伏安扫描曲线中两个峰之间的中心点，可以很容易地看出半波电位。

• 半波电位可以在图形上直观地检查，也可以使用简单的寻峰算法从电压测量中提取。

电池设计、工业监测和科学研究都需要电化学测量。

电化学在我们身边无处不在，它是现代生活中许多事情的原因。无论你是在设计电池、充电系统、监控系统，还是只是一个恒电位器，你都应该知道半波电位是什么，以及为什么它很重要。事实上，半波势可以告诉你一些关于电化学反应的重要信息，特别是在涉及多种反应物和产物的复杂反应中。

如果你需要使用循环伏安法进行设计和分析，半波电位只是循环伏安法扫描中需要检查的许多事情之一。在自动化监视或测量活动时，或在设计测试系统时，请注意反应的性质，以便系统能够获得最准确的测量。以下是关于半波电位以及如何设计用于测量和测试的电化学系统需要了解的内容。

什么是半波势?

半波势可以在a中看到循环伏安图．当扫描施加在电化学电池上的电位时，来自反应的电流将遵循两条不同的曲线，这取决于扫描方向。当应用电位被扫描时，电流将达到峰值，然后在极端电位时回落到低饱和值。半波电位位于来回循环伏安扫描曲线中的两个峰值电位值之间。如下图所示;两条红线表示峰值电位值，紫色虚线表示半波电位。

循环伏安图显示在来回电位扫描中的半波电位

上面的图像是使用美国惯例显示的，即，Ep1对应于阳极的氧化，Ep2对应于阴极的还原。当施加的电位等于半波电位时，总电流等于溶液中扩散电流的二分之一。上述x轴上的势值是相对于某些参考值测量的。虽然Ag/AgCl或标准氢电极(SHE)也被用作参考，但教科书中最常引用的是标准甘汞电极(SCE)的这些值。

有很多教科书都列出了各种反应的半波势。这些反应通常是在特定条件下规定的。一般来说，在电化学电池中，半波电位和电流受以下因素的影响:

• 支撑电解质的种类和浓度会影响半波电位。

• 环境条件:温度将决定反应的速率常数，这也将影响半波电位。

• 反应物/生成物:半波电位和测量电流与反应物和生成物的类型、电池中的浓度和电化学反应顺序成正比。

• 价态和化学结构:这两个因素也会影响在电池中测量的半波电位。

由于这些因素，电化学电池中的半波电位测量可用于确定特定的分析物浓度、反应速率和价态，通过将测量值与一些著名的参考文献进行比较。作为设计电化学系统的一部分，准确地了解在这些应用中测量的是什么是很重要的。

电化学监测中电流测量的设计

在监测电化学电池时，要测量的相关量是在电池中流动的总电流。这就为这些系统提出了一些特殊的设计要求:

• 小电流测量

• 可控势源

• 附加输入端子，用于参比电极

• 定量测量电流所需的ADC

• 用于校正或比较STP温度值的温度测量

• 单片机控制系统各部件并实现简单的寻峰算法

• 数据存储在内存中(Flash或RAM)

在这种现代电化学测量系统中，一切都可以控制的微控制器它还可以与小键盘或触摸屏连接，以显示数据。这些系统还可以设计成通过GPIB连接连接到计算机，数据可以实时显示在图形上。该系统的主要任务是收集电流测量，这可以通过运放电路来完成。

电流测量设置

下面的方框图显示了用于从电化学电池收集电流的测量设置。这个简单的电路使用了一个基本的运算放大器和BJT，可以在标准的三电极电池中使用。

循环伏安法中电化学电池电流测量电路

这个放大级将接受来自电池的电流，并输出一个可以用ADC读取的电压。在电极端增加额外的过滤可以改善上述电路。

电气模拟

在完成监视或测量系统的PCB布局之前，它有助于构建标准电路模型用于电化学电池，并在电路模拟器中使用这些。在设计过程中使用电路模拟器的目标是评估信号行为和预期在单元中看到的电位/电流测量。此外，您可以看到真正的电流，将达到您的测量放大器输入，这将帮助您优化放大器级准确的电池阻抗测量。

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