【概述】

淮安大學研究團隊使用ATA-4052C高壓功率放大器，搭建鋁基電池實驗系統。

實驗名稱：基于超聲液相催化的高性能鋁基生物質電池

研究方向：超聲電化學

實驗內容：鋁基電池在與汗液和淚液等生物電解質的集成方面表現出極大的吸引力，這使得開發便攜且具有生物相容性的電源成為可能。然而，其實際應用受到了催化電極界面處緩慢的傳質和反應動力學的嚴重制約。在本研究中，我們提出了一種緊湊型超聲催化鋁基生物電解質電池來克服這一限制。其性能的增強機制源于聲壓、聲流和超聲攪拌的協同效應，這些效應共同加速了界面傳質和電極反應動力學。

測試設備：ATA-4052高壓功率放大器、信號發生器、示波器、電化學工作站、電流探頭、電壓探頭等。

實驗過程：

圖1：實驗測試系統結構圖

圖2：實驗系統裝置圖

1.超聲液相催化型鋁基生物電解質電池的設計制備：

超聲液相催化型鋁基電池由一個超聲波換能器和鋁基電池單元組成。電池基底采用尺寸為25x2.7mm的玻璃基板，電極采用半圓形鋁電極作為陽極，鉑電極作為陰極。兩電極直徑和厚度分別為?20.5mm和0.06mm,電極間的間距為1mm。

2.振動特性表征振動模式與頻率測定：

采用激光多普勒測振儀表征玻璃基板表面的振動模態，確定系統的振動模式為活塞式上下振動和共振頻率為65.12kHz。通過使用阻抗分析儀（4294A）進行電池系統的阻抗分析，測得的共振頻率為65.25kHz，測試結果與LDV測試結果高度吻合，驗證了系統的準確性。

3.超聲驅動系統：

通過信號發生器控制高壓功率放大器，為超聲波換能器提供驅動信號。同時，使用示波器實時監測電池的超聲驅動電壓和驅動電流的信號，確保超聲換能器處于共振狀態下工作。

4.電化學性能表征：

使用電化學工作站通過恒電位階躍法測量電池的極化曲線，測試電壓從0.55V逐步降至0V，步長為0.05V。每個電壓階躍維持30s，取后半段（15-30s）的平均穩定電流值作為該電壓下的放電電流，進而繪制I-V和I-P曲線。在0.55V的開路電壓下進行電化學阻抗譜測試，頻率范圍設定為100kHz至0.1Hz，交流幅值為5mV，以表征電池系統的界面阻抗。

實驗結果：

圖3：實驗結果

探究超聲液相催化型鋁基電池在不同超聲振動速度（142.5、297.8、364.7、427.3和459.3mm/s）下電池的極化曲線和功率曲線。對于氯化鈉、葡萄糖和乳酸的電解質，電池的峰值輸出功率隨著振動速度的增加呈單調遞增趨勢。具體而言，對于NaCl（葡萄糖和乳酸）電解質，峰值功率分別從142.5mm/s時的51.37mW（2.252mW和1.820mW）提升至459.3mm/s時的146.754mW（5.879mW和10.838mW）。

與未無超聲液相催化相比（USOFF），對于NaCl（葡萄糖和乳酸）電解質，其峰值功率分別提升了2.4倍（1.5倍和1.7倍）、3.8倍（2.3倍和2.8倍）、5.4倍（2.9倍和5.5倍）、6.7倍（3.6倍和7.5倍）以及6.9倍（3.9倍和9.8倍）。

安泰放大器在此應用中的產品優勢：

一、高電壓與大功率輸出——驅動換能器產生高強度超聲振動

二、寬頻帶與平坦響應——保障系統阻抗匹配與能量傳輸效率

三、低失真與高輸出穩定性——保障實驗的激勵一致性

【推薦產品】：ATA-4052C高壓功率放大器

圖：ATA-4052C高壓功率放大器指標參數

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發、生產和銷售的高科技企業。