一、概念與概述

　　電化學工作站是電化學測量系統的簡稱，是電化學研究和教學常用的測量設備。它是一種集恒電位儀、恒電流儀和電化學交流阻抗分析儀于一體的綜合性電化學測量與分析儀器裝置。該儀器是一種通用型電化學分析系統，可用于液相色譜，流動電解池，以及毛細管電泳的電化學檢測，生物傳感器，活體分析等。

　　二、主要產品系列

　　（一）Vertex入門級

　　Vertex是IVIUM推出的入門級，定位為經濟型產品，在同類進口產品中具有明顯價格優勢。現有多種不同型號可選，交流阻抗功能可根據需求進行配置。它具備同類國產儀器的價格和進口儀器的性能，在教學、電池、燃料電池、傳感器、生物技術、腐蝕等領域均有良好應用。

　　Vertex是一款的電化學測試設備，支持多種類型的電化學測試。通過在一定電位范圍內以線性掃描速率改變工作電極的電位，測量電流隨電位變化的曲線。循環伏安法廣泛應用于研究電極過程的動力學、機理和反應速率等方面。

　　（二）pocketSTAT掌上型

　　pocketSTAT是一款真正便攜式的電化學工作站，屬于CompactStat和pocketSTAT兩大便攜系列之一，以USB供電模式為特色。其詳細參數如下：

　　基本參數：最大電流為±10mA，最大輸出電壓為±4.5V，恒電位儀帶寬>100kHz，施加電位范圍為-4V至4V。

　　電流精度：電流范圍共分8檔，為1nA至10mA，測量電流分辨率為0.015%乘以電流檔，最小可達0.15pA。

　　電位精度：施加電位精度為0.2%，測量電位分辨率為0.003%乘以電位范圍，最小可達16nV。

　　交流阻抗：頻率范圍為10μHz至100kHz。

　　該設備體積小巧、便于攜帶，特別適合現場檢測、教學演示和戶外實驗使用。

　　（三）CompactStat.h便攜式

　　CompactStat.h在原有便攜式CompactStat.e的基礎上全面升級，成為超高分辨率24bit的設備，大大提高了電流電壓分辨率。CompactStat.h系列是便攜式設計電化學工作站，USB供電模式，讓您走出實驗室也能進行實驗。另有浮地功能，可測量已含接地裝置的設備，比如橋梁管道等。性能出色，同樣適用于實驗室長期穩定測量。

　　核心技術參數：電流為±30mA，輸出電壓為±10V，施加電位范圍為-10V至10V。電流范圍從±1pA到±10mA，測量電流分辨率為所選電流范圍的0.00006%，最小可達0.6aA。電位范圍從±0.4mV到±10V，測量電位分辨率為所選電位范圍的0.00001%，最小可達0.07nV。交流阻抗頻率范圍為10μHz至3MHz。

　　主要功能：包括交流阻抗擬合軟件，只需要用鼠標下拉元件符號即可組成等效電路，擬合時可以自動計算初始值；計時方法可設置多255個不同電位/電流，最多可進行65535次循環。

　　（四）Ivium系列高階

　　IviumStat.h和IviumStat.XR是該品牌高階系列，屬于電化學接口與阻抗分析儀。這些系列在交流阻抗頻率覆蓋寬度和測量精度方面表現尤為突出。

　　核心特色：

　　擴展能力：輸出電壓方面，IviumStat.XRe電壓高達50V，任何型號都可以通過外置IB1001模塊將電壓擴展到100V。輸出電流方面，IviumStat和IviumStat.XRi最大輸出電流達到5A/10A，并可擴展到40A/100A。

　　WiFi模塊：用于儀器與電腦距離較遠的場合取代USB線，比如使用手套箱時。可以連接多臺儀器或多個通道，數據儲存于SD卡，電腦斷電時數據也不會丟失。

　　IVIUMCLOUD云管理功能：只要儀器連接的電腦有互聯網，用戶即可在任意有瀏覽器的終端上登錄IVIUM終端并操作已經開機的儀器，如手機或平板電腦等設備。

　　分辨率能力：低電流檔1pA之內0.06aA的電流分辨率和0.15nV的電位分辨率。

　　擴展應用：可擴展為雙恒電位儀（需BiStat模塊）；連接石英晶體微天平QCM并組成電化學石英晶體微天平E-QCM；連接表面等離子共振儀SPR構成電化學表面等離子共振儀E-SPR；控制旋轉圓盤電極RDE和旋轉盤環電極RRDE。

　　溫度監測：熱電偶模塊TCM-K可連接K型熱電偶，通過15針或37針PPE接口將溫度輸入到Ivium軟件的數據中。

　　高輸入阻抗：高輸入阻抗模塊HiZ的輸入阻抗>10e15Ω//0.2pF，輸入偏差電流為3fA。

　　采樣頻率：計時方法最大取樣頻率標準配置可達100kHz（即最小取樣間隔10μs)，可擴展至20MHz（即最小取樣間隔50ns，需FastScan模塊）。

　　高頻交流阻抗：IviumStat的交流阻抗頻率最高可達8MHz，高頻更適合固體材料阻抗測量。

　　掃描速率：循環伏安和線性掃描的最大速率標準配置可達10000V/s，并可擴展至10MV/s（需FastScan模塊）。

　　光電化學功能：光電化學模塊ModuLight可進行太陽能材料IV曲線、光脈沖和光調制交流阻抗IMPS和IMVS測量。通過軟件的IV曲線擬合，可計算短路電流(Isc)、開路電壓(Eoc)、最大功率點(Pmax)和填充因數(FF)等參數。LED光源波長段從365nm到940nm。可調制太陽光模擬器iviSun的光照度為100,000lx，光亮度為2,250lm，輻射光強度為1,075W/m2。

　　多工作電極模塊：MultiWE32模塊既可以同時測量，也可以順序測量最多32個工作電極，共用一個參比電極和一個對電極。可實現的電化學方法包括：循環伏安、線性掃描、差分脈沖伏安、方波伏安、計時電流，以及交流阻抗。

　　（五）雙恒電位儀

　　雙恒電位儀（Bistat）是IVIUM電化學工作站擴展模塊，用于測量第二工作電極WE2電位，可由軟件設定為相對于參比電極RE或相對于WE1，可用于連接RRDE。

　　參數特征：最大電流為±30mA，槽壓為±2V（相對于WE1），施加偏移電位范圍為±2.0V，施加電位的分辨率為0.0625mV，電流范圍為1pA至10mA，共11檔。

　　雙恒電位儀可以滿足控制電位掃描和暫態法測量，所測量的數據可以與工作電極數據同時保存，并且可以使用第二個縱坐標同時顯示。最大掃描速率及最小取樣間隔均與工作電極WE1相一致。

　　（六）光電化學工作站

　　荷蘭IviumTechnologiesBV公司自行研發光電模塊Modulight，和配套IVIUM，成為光電化學工作站，可測量IV曲線，光脈沖/光電流，光調制交流阻抗IMPS/IMVS。

　　標準配置：可提供波長460nm~740nm范圍的六段單色光以及5500K白光，共七種可見光。光強度同樣由IVIUM控制，既可以是固定強度的可見光，也可以是經正弦波（頻率10uHz~2MHz）調制的可變強度光源。另有四種可選光源可直接代替標準配置中的任何一個LED。

　　主要特點：USB供電模式；自選浮地和非浮地連接。電化學噪聲分析功能包含時域分析方法（腐蝕電流、點蝕和局部腐蝕指數、腐蝕電阻）、FFT頻率域分析方法（電流和電位噪聲的FFT譜圖、阻抗譜圖、腐蝕電阻等）。太陽能材料光電化學性能可進行I-V曲線和光電流測量，以及擬合模型，最大功率點、填充因數和轉換效率等參數計算。

　　光電化學工作站是一個可以被高速調制的太陽光模擬器，它使用一組高強度LED陣列，可以達到太陽光相同的強度。這個LED陣列可以實現高于常規氙燈太陽光模擬器的調制速度。

　　（七）多通道

　　多通道電化學工作站是一類可在同一臺主機中配置多個獨立電化學通道的設備。天津德尚科技有限公司旗下的Ivium-n-stat屬于多通道恒電位儀/恒電流儀/ZRA系列，每個通道均標配內置阻抗分析儀，頻率范圍為10uHz至250kHz（1MHz可選），每臺主機可配置8個模塊/16個通道，并可疊加擴展至64個通道；支持浮地或接地操作。每通道包含獨立阻抗分析儀：10uHz~250kHz，可擴展至10uHz~1MHz，數據采集數率為100kHz，電流范圍為±10nA~±10A，小電流分辨率為1pA。

　　多通道電化學工作站的核心優勢在于實現了并行測試架構，擺脫傳統單通道設備串行測試在時間上的低效問題。它是一種用于同時進行多個電化學實驗的設備，具有高效性、靈活性和自動化程度高等特點。多通道電化學工作站的性能特點包括：高效性，一次可進行多項實驗，可以大大縮短實驗所需的時間，提高工作效率；精確性，能夠準確控制多個試樣的電位和電流，保證實驗數據的準確性；穩定性，電位和電流控制穩定可靠，不受干擾；可擴展性，可以根據需要進行擴展，比如增加通道數或者增加不同類型的信號輸入輸出；自動化，支持自動化實驗流程，并能夠自動收集數據、處理數據。

　　具體功能方面，多通道電化學工作站可以任意施加五種不同信號：電位階躍、電流階躍、電位掃描、電流掃描、開路電位，并在施加階躍/掃描信號的同時測量交流阻抗（內阻）。多通道電化學工作站是一種實驗設備，用于研究和分析電化學反應。它具有多個電化學工作電極，并能同時進行多個反應，提供了高效、精確的數據采集和控制功能。

　　（八）高溫樣品固定裝置（ProboStat）

　　ProboStat系列高溫樣品固定裝置是一種多功能樣品固定系統，專門設計用于材料、固/液界面、電極在高溫和可控氣體氛圍條件下電學性能、傳遞參數和動力學參數的測量。其技術參數包括：封閉套管一端固定在裝置上，套管外徑為40mm，長為30~1500px；樣品尺寸方面可適配直徑為10~24mm的盤狀樣品，或長為25~50mm的棒狀樣品；電極配置支持2、3或4電極體系；典型長時間加熱溫度可低于1400℃，短時間加熱溫度可低于1600℃。

　　三、核心技術功能

　　（一）混合模式測量

　　系統支持“混合模式-Mixedmode”測量方法，可將255個電信號任意組合，進行自動測量。可任意施加五個不同信號：電位階躍、電流階躍、電位掃描、電流掃描、開路電位，并在施加階躍/掃描信號的同時測量交流阻抗（內阻），多個記錄點數據量可達2e+7個數據點。在混合模式方法中，還引入恒電位間歇滴定法PITT和恒電流間歇滴定法GITT，用來測量鋰電池中的擴散系數等。

　　（二）電化學噪聲分析

　　所有型號都已經內置一個電化學噪聲ECN模塊，軟件中包括多種電化學噪聲分析方法。電流噪聲分辨率為0.15fA，電位噪聲分辨率為16/40nV。分析方法涵蓋時域分析方法：腐蝕電流、點蝕和局部腐蝕指數、腐蝕電阻；FFT頻率域分析方法：電流和電位噪聲的FFT譜圖，阻抗譜圖，腐蝕電阻等；以及MEM（熵法）頻域分析和趨勢去除功能。

　　（三）腐蝕專用方法

　　Ivium除線性掃描、交流阻抗和電化學噪聲等測量方法之外，還專門設計了一套完整的腐蝕測量方法，包括極化曲線、極化電阻、塔菲爾曲線、動電位極化、循環極化、電偶電流等。

　　四、操作使用規范

　　多通道電化學工作站使用時的注意事項如下：儀器接地，要確保電源的3芯插頭中的中間插頭接地良好，如果室內布線不規范（如以零代地），則必須將接線板中的地線插腳（三孔插座中的中間插腳）連接到近的鋼制水管上；開機時先開計算機再開啟電化學儀主機電源，不可反復開關；準確連接工作/輔助/參比電極，然后再雙擊打開電化學工作軟件；儀器的專用電纜中的工作電極夾與其余兩個（輔助電極夾，參比電極夾）不能短接，也不要把電極連接線弄濕。平時儀器不用時，可以用模擬電解池來連接；關機時按照先關軟件，再關電腦，后關電化學儀主機順序進行。

　　五、應用領域

　　應用范圍覆蓋能源、材料、生命科學、環保等多個領域，主要應用方向包括：

　　儲能設備研究，包括鋰離子電池、太陽能電池、燃料動力電池和超級電容器等能源材料的性能評價與機理研究。

　　半導體電化學研究，利用半導體電極在光照和暗態下的電化學行為差異進行測試分析。

　　電分析及環境電化學，涉及電化學分析研究、水質穩定劑評價、緩蝕劑快速評價等領域。

　　電沉積與納米技術，用于電合成、電沉積（電鍍）、陽極氧化、電解等反應機理研究。

　　生命技術與生物傳感器，包括基于酶、DNA或抗體的電化學傳感器的開發與應用，以及活體分析等。

　　電介質科學及技術，主要涉及高阻體系材料的介電性能測量與表征。

　　在能源領域，掌上型電化學工作站結合了電化學技術和先進的能源儲存材料，廣泛應用于能量轉換、儲能和傳感器方面。

　　六、未來發展趨勢

　　多通道電化學工作站在未來將迎來以下發展趨勢：高度自動化，包括自動電極組裝和更精確的流體控制系統，使得實驗的準確性和可重復性更高；集成分析功能，可能會集成更多的分析功能，例如在線質譜儀、紅外光譜儀等，使得實驗人員能夠在進行電化學實驗的同時快速獲取化學物質的結構和性質信息；更廣泛的應用領域，目前主要應用于材料科學和能源儲存等領域的研究，但未來可能擴展到生物醫學研究中的細胞分析、藥物篩選等方面；更高的靈敏度和分辨率，隨著傳感器技術和信號處理算法的進步，使實驗人員能夠更準確地測量和分析電化學過程中的微觀變化；數據集成與智能分析，通過與云計算和大數據技術的結合，實驗人員可以更方便地存儲、分享和分析大量的電化學數據，并利用機器學習和人工智能等方法挖掘隱藏在數據中的有價值信息；環境友好性，采用更節能、低排放的工藝和材料，以及優化廢液處理和回收利用系統。

　　七、總結與選型

　　選擇它時，應重點關注電流和電位分辨率、交流阻抗頻率范圍、多通道測試能力以及擴展可能性等關鍵參數。在實際應用中，電化學工作站既可進行兩電極、三電極及四電極的工作方式，四電極可用于液/液界面電化學測量，對于大電流或低阻抗電解池(例如電池)也十分重要，可消除由于電纜和接觸電阻引起的測量誤差。