2024年5月17日发(作者：帅以珊)
实验6：恒电位法测玻碳电极真实面积
一、实验目的
1.掌握恒电位方法测量双电层电容的基本原理和方法；
2. 测量并计算玻碳电极的真实表面积。
二、
实验原理
化学电源中的电极大多数采用粉末多孔电极（如铅酸蓄电池的政府极，锌银电池的锌
电极和银电极）。粉末多孔电极是由粉末和骨架构成的，它可以具有很高的空隙率和比表
面积，因此在相同的表观面积下，电极的实际工作电流密度大大降低，进而可以降低电化
学极化，使化学电源的性能大大改善。
测量真实表面积的方法有很多，本实验采用恒电位阶跃法（或恒电位方波法），该方
法测量电极真实表面积的实质是测定电极的双层电容，然后计算电极的真实表面积。
从双电层理论得知，当电极浸入电解液中时，电极与溶液界面
若以微量变化的dφ对电极进行充电或放电时，便可测的相应电荷
量Q的微变dq，因此得到双电层的微分电容：
C
d
=dq/dφ (1)
当研究电极处于理想极化条件时，其等效电路可以表示为图6-1:
之间总存在双电层。这个双电层C的绝对值目前尚不能测量，但
、
如果在参比电极与研究电极之间施加小幅度的恒电位方波，此时流经研究电极的电流
完全用于双电层充电，而且充电电流随时间下降，其变化规律如图6-2所示，波形所包围
的面积即是给定电极双电层电容器充电的电量。
（2）
1
如方波幅值为∆φ，则
充电曲线的积分量∆q可以用积分等方法算出来。纯汞的表面最光滑，所以可以认为
纯汞的表观面积等于它的真实表面积。已知汞电极的双层电容值为20uF/cm
2
，以它为标
准，计作C
N
，表示单位真实面积上的电容值，把所测的的研究电极双电层电容值C
d
被C
N
除
便可以计算该电极的真实表面积S
总
。
S
总
=C
d
/C
n
(cm
2
),而比表面积S
比
可以用每平方厘米表观面积所具有的真实面积来表达：
三、实验器材
CHI电化学工作站；电解槽；铂电极；Hg/HgO参比电极；玻碳电极；1 mol/L KOH溶液
四、实验步骤
1. 预处理电极,将玻碳电极在砂纸上轻轻打磨,用去离子水冲洗干净,铂电极用硫酸浸泡以
除去表面杂质,并用去离子水冲洗；
2
2. 连接电极，打开仪器和电脑；
3. 测量开路电位，待开路电位稳定后，记录其值；
4. 选择“电位阶跃”方法。起始电位为开路电位，阶跃电位为φ+10mV，阶跃时间为
10s;
5.记录电流i与时间t的曲线，保存实验结果；
6. 取出电极，重新抛光后重复步骤3-5两次。
7.关机，清洗电极放好。
五、实验数据处理及分析
1. 分三张图作出i-t曲线；
0.000012
0.000010
0.000008
0.000006
i
/
A
0.000004
0.000002
0.000000
-0.000002
0246810
t / s
图1
3
0.000012
0.000010
0.000008
0.000006
i
/
A
0.000004
0.000002
0.000000
-0.000002
0246810
t / s
图2
0.000012
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0.000008
0.000006
i
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A
0.000004
0.000002
0.000000
-0.000002
0246810
t / s
图3
4
2.选择合适的时间区间分别将三条i-t曲线进行积分。根据积分求得的电量根据教材实验
五中的公式(2-1)和(2-2)计算三次测量的玻碳电极的真实表面积。并将它们与其几何面积
比较。
图1中，
积分得到电量q=
(
3.78×10
−7
−1.99×4.76×10
−8
)
2024年5月17日发(作者：帅以珊)
实验6：恒电位法测玻碳电极真实面积
一、实验目的
1.掌握恒电位方法测量双电层电容的基本原理和方法；
2. 测量并计算玻碳电极的真实表面积。
二、
实验原理
化学电源中的电极大多数采用粉末多孔电极（如铅酸蓄电池的政府极，锌银电池的锌
电极和银电极）。粉末多孔电极是由粉末和骨架构成的，它可以具有很高的空隙率和比表
面积，因此在相同的表观面积下，电极的实际工作电流密度大大降低，进而可以降低电化
学极化，使化学电源的性能大大改善。
测量真实表面积的方法有很多，本实验采用恒电位阶跃法（或恒电位方波法），该方
法测量电极真实表面积的实质是测定电极的双层电容，然后计算电极的真实表面积。
从双电层理论得知，当电极浸入电解液中时，电极与溶液界面
若以微量变化的dφ对电极进行充电或放电时，便可测的相应电荷
量Q的微变dq，因此得到双电层的微分电容：
C
d
=dq/dφ (1)
当研究电极处于理想极化条件时，其等效电路可以表示为图6-1:
之间总存在双电层。这个双电层C的绝对值目前尚不能测量，但
、
如果在参比电极与研究电极之间施加小幅度的恒电位方波，此时流经研究电极的电流
完全用于双电层充电，而且充电电流随时间下降，其变化规律如图6-2所示，波形所包围
的面积即是给定电极双电层电容器充电的电量。
（2）
1
如方波幅值为∆φ，则
充电曲线的积分量∆q可以用积分等方法算出来。纯汞的表面最光滑，所以可以认为
纯汞的表观面积等于它的真实表面积。已知汞电极的双层电容值为20uF/cm
2
，以它为标
准，计作C
N
，表示单位真实面积上的电容值，把所测的的研究电极双电层电容值C
d
被C
N
除
便可以计算该电极的真实表面积S
总
。
S
总
=C
d
/C
n
(cm
2
),而比表面积S
比
可以用每平方厘米表观面积所具有的真实面积来表达：
三、实验器材
CHI电化学工作站；电解槽；铂电极；Hg/HgO参比电极；玻碳电极；1 mol/L KOH溶液
四、实验步骤
1. 预处理电极,将玻碳电极在砂纸上轻轻打磨,用去离子水冲洗干净,铂电极用硫酸浸泡以
除去表面杂质,并用去离子水冲洗；
2
2. 连接电极，打开仪器和电脑；
3. 测量开路电位，待开路电位稳定后，记录其值；
4. 选择“电位阶跃”方法。起始电位为开路电位，阶跃电位为φ+10mV，阶跃时间为
10s;
5.记录电流i与时间t的曲线，保存实验结果；
6. 取出电极，重新抛光后重复步骤3-5两次。
7.关机，清洗电极放好。
五、实验数据处理及分析
1. 分三张图作出i-t曲线；
0.000012
0.000010
0.000008
0.000006
i
/
A
0.000004
0.000002
0.000000
-0.000002
0246810
t / s
图1
3
0.000012
0.000010
0.000008
0.000006
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A
0.000004
0.000002
0.000000
-0.000002
0246810
t / s
图2
0.000012
0.000010
0.000008
0.000006
i
/
A
0.000004
0.000002
0.000000
-0.000002
0246810
t / s
图3
4
2.选择合适的时间区间分别将三条i-t曲线进行积分。根据积分求得的电量根据教材实验
五中的公式(2-1)和(2-2)计算三次测量的玻碳电极的真实表面积。并将它们与其几何面积
比较。
图1中，
积分得到电量q=
(
3.78×10
−7
−1.99×4.76×10
−8
)