有時(shí)，您可能需要使用電化學(xué)工作站發(fā)出快速脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作。例如，神經(jīng)科學(xué)家有時(shí)將這種脈沖用于神經(jīng)元實(shí)驗(yàn)。電鍍化學(xué)家在執(zhí)行電鍍時(shí)可以使用此類脈沖。測(cè)試電池時(shí)，快速脈沖充電可能比純直流充電更有效率。Gamry電化學(xué)工作站對(duì)雙相（正，中性，然后負(fù)）脈沖有哪些物理限制？

問(wèn)題

哪些因素限制電化學(xué)工作站的脈沖速度？

有關(guān)Gamry電化學(xué)工作站工作原理介紹，請(qǐng)參考我們的技術(shù)報(bào)告“理解電化學(xué)工作站的技術(shù)參數(shù)”。影響電壓或電流快速脈沖的參數(shù)有：

上升時(shí)間，電化學(xué)工作站對(duì)信號(hào)突變的響應(yīng)速度有多快

小時(shí)基，電化學(xué)工作站對(duì)傳入信號(hào)采取的快采樣率

速度設(shè)置，可以控制信號(hào)的快速變化

顯然，對(duì)于快速脈沖，電化學(xué)工作站必須具有快速上升時(shí)間，較小的小時(shí)基，較高的速度設(shè)置。

需要考慮的參數(shù)

小時(shí)基

Reference™系列儀器的小時(shí)基為3.3 µs。對(duì)于Interface™系列儀器，小時(shí)基為10 µs。為了有效采樣，至少需要跨越小時(shí)基兩到三倍。因此對(duì)于Reference™系列，小的可分辨脈沖或步長(zhǎng)是7 µs，于Interface™系列是25 µs。

數(shù)據(jù)文件大小

除此之外，用于記錄數(shù)據(jù)的Framework™每個(gè)文件限制為264000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在如此快速數(shù)據(jù)采集下，264000點(diǎn)急速增加。

電池大小

即使電化學(xué)工作站對(duì)信號(hào)變化的反應(yīng)速度很快，但樣品或電化學(xué)池本身的反應(yīng)速度存在物理限制。例如，具有大表面積的電容性電池將無(wú)法在5 µs內(nèi)從0 V升至10V。 具有小表面積的電阻電極應(yīng)該能夠在很短的時(shí)間內(nèi)增加電壓。

速度設(shè)置

Gamry Framework軟件中有可選擇的速度設(shè)置（稱為CA Speed）。這是影響儀器內(nèi)部控制放大器的參數(shù)。更快的CA Speed設(shè)置允許控制快速的信號(hào)更改。但是也會(huì)影響儀器的穩(wěn)定性，當(dāng)連接電容性測(cè)試體系或者具有較高內(nèi)阻的參比電極時(shí)，這種對(duì)儀器穩(wěn)定性的影響會(huì)更加明顯。

如果CA Speed設(shè)置的太快，則降低控制放大器的速度可能會(huì)有益于信號(hào)。通常，恒流模式討厭電阻但喜歡電容。而恒電位模式傾向于喜歡電阻但討厭電容。圖1是CA Speed設(shè)置過(guò)高的例子。

圖1 CA Speed設(shè)置過(guò)快的電阻式電池的計(jì)時(shí)電位掃描。注意每個(gè)脈沖前沿的過(guò)沖

在這里過(guò)沖是很明顯的：初始脈沖將電壓沖到超出設(shè)置值的程度。隨后漸漸降為設(shè)置值。

如果CA Speed太慢，脈沖明顯變圓，則提高CA Speed應(yīng)該會(huì)有所幫助。提高速度可以使儀器更快的達(dá)到設(shè)定值。另一方面，CA Speed設(shè)置的太慢會(huì)導(dǎo)致儀器的響應(yīng)緩慢，如圖2所示：

圖2 CA Speed設(shè)置過(guò)慢的電容性電池的計(jì)時(shí)電位數(shù)據(jù)。注意緩慢上升的時(shí)間，以及很難區(qū)分不同的電壓平臺(tái)

與圖1的主要區(qū)別在于初始上升時(shí)間特別長(zhǎng)。斜率是不可接受的，并且不同電壓平臺(tái)會(huì)互相融合。

在速度和穩(wěn)定性之間找到正確的平衡可能是一門藝術(shù)。權(quán)衡的是穩(wěn)定性。較高的速度可能會(huì)導(dǎo)致更多的噪音，失控或過(guò)沖。有關(guān)速度與穩(wěn)定性的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參考我們的應(yīng)用報(bào)告“提高電化學(xué)工作站穩(wěn)定性的技巧和技術(shù)”

創(chuàng)建雙相脈沖

舉例

Gamry電化學(xué)工作站可以進(jìn)行雙相脈沖測(cè)試。圖3是計(jì)時(shí)電位法實(shí)驗(yàn)中使用五個(gè)不同電流階躍的雙相脈沖例子。

安裝和運(yùn)行腳本

您可以從我們的網(wǎng)站上下載用于Gamry Framework運(yùn)行的名為Galv Repeating Pulse.exp 和Poten Repeating Pulse.exp特殊腳本，以運(yùn)行此類實(shí)驗(yàn)。

圖3 使用不同電位和電流的計(jì)時(shí)電位法（上）和計(jì)時(shí)電流（下）曲線

1. 下載ZIP文件并解壓
2. 將腳本放在ProgramData\Gamry Instruments\Framework\Scripts文件夾中
3. 打開電化學(xué)工作站和Framework軟件
4. 在Framework中點(diǎn)擊Experiment-Named Script
5. 向下滾動(dòng)直至所需的腳本，并單擊打開按鈕

這些腳本可以隨時(shí)使用。在參數(shù)設(shè)置頁(yè)面，您可以更改想要的電壓、電流級(jí)別，并在每個(gè)級(jí)別設(shè)置電壓或電流值

結(jié)論

本篇應(yīng)用報(bào)告介紹了如何使用Gamry電化學(xué)工作站來(lái)進(jìn)行電壓或電流雙相脈沖測(cè)試。

Application Note Rapid Biphasic Pulsing Rev. 1.0 2/5/2019 © Copyright 2020 Gamry Instruments, Inc. Interface, Reference, and Framework are trademarks of Gamry Instruments, Inc.