快速雙相脈沖

有時，您可能需要使用電化學工作站發(fā)出快速脈沖信號來進行實驗工作。例如，神經(jīng)科學家有時將這種脈沖用于神經(jīng)元實驗。電鍍化學家在執(zhí)行電鍍時可以使用此類脈沖。測試電池時，快速脈沖充電可能比純直流充電更有效率。Gamry電化學工作站對雙相（正，中性，然后負）脈沖有哪些物理限制？

問題

哪些因素限制電化學工作站的脈沖速度？

有關Gamry電化學工作站工作原理介紹，請參考我們的技術報告“理解電化學工作站的技術參數(shù)”。影響電壓或電流快速脈沖的參數(shù)有：

上升時間，電化學工作站對信號突變的響應速度有多快

小時基，電化學工作站對傳入信號采取的快采樣率

速度設置，可以控制信號的快速變化

顯然，對于快速脈沖，電化學工作站必須具有快速上升時間，較小的小時基，較高的速度設置。

需要考慮的參數(shù)

小時基

Reference™系列儀器的小時基為3.3 µs。對于Interface™系列儀器，小時基為10 µs。為了有效采樣，至少需要跨越小時基兩到三倍。因此對于Reference™系列，小的可分辨脈沖或步長是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™每個文件限制為264000個數(shù)據(jù)點。在如此快速數(shù)據(jù)采集下，264000點急速增加。

電池大小

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

速度設置

Gamry Framework軟件中有可選擇的速度設置（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設置允許控制快速的信號更改。但是也會影響儀器的穩(wěn)定性，當連接電容性測試體系或者具有較高內(nèi)阻的參比電極時，這種對儀器穩(wěn)定性的影響會更加明顯。

如果CA Speed設置的太快，則降低控制放大器的速度可能會有益于信號。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設置過高的例子。

圖1 CA Speed設置過快的電阻式電池的計時電位掃描。注意每個脈沖前沿的過沖

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

如果CA Speed太慢，脈沖明顯變圓，則提高CA Speed應該會有所幫助。提高速度可以使儀器更快的達到設定值。另一方面，CA Speed設置的太慢會導致儀器的響應緩慢，如圖2所示：

圖2 CA Speed設置過慢的電容性電池的計時電位數(shù)據(jù)。注意緩慢上升的時間，以及很難區(qū)分不同的電壓平臺

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

在速度和穩(wěn)定性之間找到正確的平衡可能是一門藝術。權衡的是穩(wěn)定性。較高的速度可能會導致更多的噪音，失控或過沖。有關速度與穩(wěn)定性的更多詳細信息，請參考我們的應用報告“提高電化學工作站穩(wěn)定性的技巧和技術”

創(chuàng)建雙相脈沖

舉例

Gamry電化學工作站可以進行雙相脈沖測試。圖3是計時電位法實驗中使用五個不同電流階躍的雙相脈沖例子。

安裝和運行腳本

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

圖3 使用不同電位和電流的計時電位法（上）和計時電流（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. 打開電化學工作站和Framework軟件
4. 在Framework中點擊Experiment-Named Script
5. 向下滾動直至所需的腳本，并單擊打開按鈕

這些腳本可以隨時使用。在參數(shù)設置頁面，您可以更改想要的電壓、電流級別，并在每個級別設置電壓或電流值

結論

本篇應用報告介紹了如何使用Gamry電化學工作站來進行電壓或電流雙相脈沖測試。

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.