电化学研究方法

当前，我国科技实力正处于从量的积累向质的飞跃、从点的突破向系统能力提升的重要时期，坚决贯彻落实党中央决策部署，聚焦国家重大战略，着力提升科技创新能力，早日实现科技自立自强，具有重要的战略意义。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，碳达峰和碳中和的提出是加快推动经济社会发展全面绿色转型的高度共识，以清洁电能为主的能源革命正在急速推进。《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》提出，到2025年，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右；到2035年，纯电动汽车成为新售车辆的主流。不久，新能源汽车将逐渐取代燃油汽车，而电化学储能技术是关键。目前，新能源材料与器件成为电化学领域的研究热点。因此，新能源材料与器件专业应运而生。以前，电化学应用领域有大量相关的论著和教材，然而，用于电化学体系研究的通用的研究方法却论述不多，或者只在各电化学技术的专著中给予简单的介绍，或者只关注电化学研究的理论而较少论及研究方法的实现手段和实验细节。尤其是缺少针对新兴的新能源材料与器件专业的电化学研究方法相关的教材。
　　昆明理工大学是国内最早创建新能源材料与器件专业的高校之一，在核心专业课“电化学研究方法”课程教学方面有较深厚的基础。我们在这门课的讲授过程中，潜心研究教学方法，有机植入课程思政元素和文化育人理念，通过对学生的认知规律和常见的疑点、难点进行总结归纳，结合专业特色和培养目标，对教学内容进行了有目的的筛选。而国内教材更新较慢，目前没有一本完全适合本课程的教材。因此，有必要编写一本内容新颖、严谨易学的电化学研究方法教材，这是本书编写的初衷。
　　本书在大量参考国内外相关教材、专著的基础上，根据实际教学经验，采取更有利于学生掌握的章节编排结构，由浅入深，系统地介绍了电化学研究方法的基本原理、实现手段、数据分析方法和应用范围等，力求做到论述严谨、条理清晰、内容新颖和复合专业发展。并且本书旨在体现习近平总书记在中国科学院第二十次院士大会上讲话精神“塑造科技向善的文化理念，让科技更好增进人类福祉，让中国科技为推动构建人类命运共同体作出更大贡献”。考虑到电化学、热力学的研究方法在物理化学、电化学原理教材中已有较多介绍，本书不再赘述。为了帮助读者较好地设计并实现电化学研究，本书力图阐明各种不同研究方法的原理、注意事项和适用范围，并选择具有代表性的应用实例，同时，尽可能介绍研究方法的实验细节，包括测量仪器、测量技术、电解池的设计原则及电解池各组成部分的选用标准、预处理方法等。我们真诚地希望本书能够对电化学领域，尤其是新能源材料与器件专业的学生和科研工作者开展电化学研究有所裨益，引导青年学生不忘科学报初心，牢记科技强国使命，把个人命运融入新时代国家发展的历史洪流中，争做新时代的奋斗者、追梦人。
　　全书共分10章。其中，第1章电化学研究方法概述主要介绍电化学研究方法的发展历史、基本原则和主要步骤；第2章主要介绍电化学研究方法的基础，主要包括电极电势的准确测量和电化学测量体系（三电极体系）的设计及注意事项；第3章介绍电化学研究方法中的几种稳态研究方法的原理、特点等；第4章介绍电化学研究方法中暂态过程的特点；第5-8章分别介绍几种常用的暂态研究方法，包括电势阶跃法、电流阶跃法、伏安法和电化学阻抗谱法；第9章主要介绍一些在新能源材料与器件中特有的电化学研究方法；第10章介绍电化学研究方法在新能源材料与器件专业领域的综合应用实例。
　　本书是在参考了国内外大量教材、专著、论文的基础上，结合新能源材料与器件相关领域的发展需求整理、编写而成的。由于编者能力所限，书中不足、疏漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

《电化学研究方法》共分10章。其中，首章电化学研究方法概述主要介绍电化学研究方法的发展历史、基本原则和主要步骤；第2章主要介绍电化学研究方法的基础，主要包括电极电势的准确测量和电化学测量体系（三电极体系）的设计及注意事项；第3章介绍电化学研究方法中的几种稳态研究方法的原理、特点等；第4章介绍电化学研究方法中暂态过程的特点；第5-8章分别介绍几种常用的暂态研究方法，包括电势阶跃法、电流阶跃法、伏安法和电化学阻抗谱法；第9章主要介绍一些在新能源材料与器件中特有的电化学研究方法；第10章介绍电化学研究方法在新能源材料与器件专业领域的综合应用实例。

1 电化学研究方法概述
1．1 导论
1．2 新能源材料与器件专业的发展
1．3 电化学研究方法及其发展历史
1．4 电化学研究方法基本原则
1．5 电化学研究方法的主要步骤
1．6 本书的结构与学习方法
习题

2 电化学研究方法基础
2．1 电极电势的测量
2．2 极化条件下电极电势的准确测量
2．3 电流的测量和控制
2．4 电解池
2．5 研究电极
2．6 辅助电极
2．7 参比电极
2．8 盐桥
2．9 电化学研究中的注意事项
习题

3 稳态研究方法
3．1 稳态过程
3．2 各种类型的极化及其影响因素
3．3 控制电流法和控制电势法的选择
3．4 稳态极化曲线的测定
3．5 根据稳态极化曲线测定电极反应动力学参数的方法
3．6 稳态研究方法的应用
3．7 流体动力学方法
3．8 稳态电化学研究方法在新能源材料及器件专业领域的应用
习题

4 暂态电化学研究方法总论
4．1 暂态过程
4．2 暂态过程的等效电路
4．3 等效电路的简化
4．4 时间常数
4．5 电荷传递电阻
4．6 暂态研究方法
习题

5 电势阶跃法
5．1 电势阶跃法概述
5．2 小幅度电势阶跃
5．3 大幅度电势阶跃
5．4 任意幅度电势阶跃
5．5 电势阶跃法在新能源材料与器件专业领域的应用
习题

6 电流阶跃法
6．1 电流阶跃法概述
6．2 传荷过程控制下的小幅度电流阶跃暂态测量方法
6．3 大幅度电流阶跃
6．4 电流阶跃法的应用
6．5 电极反应动力学参数研究方法小结
习题

7 伏安法
7．1 线性电势扫描伏安法概述
7．2 单程线性电势扫描伏安法
7．3 循环伏安法
7．4 吸脱附体系的循环伏安曲线
7．5 循环伏安法可调节的参数和条件
7．6 伏安法的作用及应用
习题

8 电化学阻抗谱法
8．1 电化学阻抗谱法基本原理
8．2 电化学体系的等效电路与阻抗谱
8．3 弥散效应与常相位角元件
8．4 阻抗谱的拟合与解析
8．5 电化学阻抗谱在新能源材料与器件专业领域的应用
习题

9 化学电源中的特殊电化学研究方法
9．1 化学电源的基本原理及结构
9．2 化学电源研究、表征的一般方法和步骤
9．3 主要电化学研究方法概述
9．4 原位电化学研究方法
习题

10 电化学研究方法综合应用
10．1 基于微电极的电化学研究方法
10．2 GITT和充放电曲线分析锂离子扩散对石墨负极性能的影响
10．3 基于充放电曲线和电化学阻抗谱判断电池状态
10．4 电化学研究方法制备电极材料

参考文献
附录 电化学研究中常用的符号及其意义

《电化学研究方法》共分10章。其中，首章电化学研究方法概述主要介绍电化学研究方法的发展历史、基本原则和主要步骤；第2章主要介绍电化学研究方法的基础，主要包括电极电势的准确测量和电化学测量体系（三电极体系）的设计及注意事项；第3章介绍电化学研究方法中的几种稳态研究方法的原理、特点等；第4章介绍电化学研究方法中暂态过程的特点；第5-8章分别介绍几种常用的暂态研究方法，包括电势阶跃法、电流阶跃法、伏安法和电化学阻抗谱法；第9章主要介绍一些在新能源材料与器件中特有的电化学研究方法；第10章介绍电化学研究方法在新能源材料与器件专业领域的综合应用实例。