《電化學綜合實驗》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱電化學綜合實驗課程編號330020075課程性質必修課課程類別集中實踐環節開課單位材料教研室授課學期第6學期學分/學時2/2周實施方式綜合實驗適用專業新能源材料與器件是否雙語否先修課程物理化學、材料科學基礎、半導體物理與器件、電化學原理、材料研究與測試方法、電化學研究方法等。后續課程畢業實習、畢業設計（論文）二、課程簡介《電化學綜合實驗》課程是新能源材料與器件專業的集中實踐教學過程。通過電化學綜合性實驗的訓練，使學生掌握電化學相關的實驗方法，了解電化學工作站的結構及工作原理，了解各種電化學性能曲線表征的原理及說明情況，掌握實驗數據的處理方法，分析各種實驗數據與工藝過程的因果關系，并使學生熟悉相關的國家標準，從而加深對專業基礎及專業課程中有關理論的理解。使學生有初步設計實驗的能力及一定的科研能力，為將來從事新能源材料與器件的生產、開發及管理打下良好的基礎。三、課程目標及對畢業要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1：掌握電化學工作站的工作原理和特點，掌握動力學參數、三電極體系、線性電位掃描技術、極化曲線、循環伏安、交流阻抗等基本概念和基本理論。課程目標2：訓練學生實驗能力，測定極化曲線、測定基本電化學參數，重點學會電化學工作站的使用、研究電極的制備、電解液的組成及安裝等。掌握極化曲線、循環伏安、交流阻抗等的測定方法，研究三電極體系中電極、輔助電極、參比電極的性質和作用，學會制作極化曲線。鍛煉學生能夠使用各種調研手段，分析電化學曲線及電池性能，進一步獲得優化電化學曲線的方法，考慮社會、健康、安全及環境影響因素。課程目標3：訓練學生根據科研或生產需要進行電化學實驗設計、實驗及數據分析的能力，能夠基于科學原理并采用科學方法對新能源材料與器件開發過程的復雜工程問題進行研究，并能在設計環節中體現創新意識，鍛煉學生團隊協作能力，能夠撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令，并具備一定的國際視野。（二）課程目標對畢業要求指標點的支撐課程目標支撐畢業要求指標點畢業要求課程目標1指標點1-4：掌握用于解決復雜工程問題的新能源材料與器件專業基礎知識，并能用于新能源材料的制備、表征、器件組裝、性能檢測等，解決新能源材料與器件領域復雜工程問題。1-工程知識課程目標2指標點2-3：具有應用材料科學的基本原理，并通過文獻研究對新能源材料與器件領域內復雜問題進行識別、分析、表達，以獲得有效結論的能力。指標點4-1：掌握自然科學實驗的基本原理和方法，具備基本的實驗技能。指標點4-3：掌握新能源材料與器件基礎實驗的基本原理和方法，能對實驗數據進行采集、處理和分析，并通過信息綜合得到合理有效的結論。指標點6-2：了解新能源材料與器件實踐及解決方案的社會制約因素，能夠合理分析與評價新能源材料與器件實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化等方面的影響。2-問題分析4-研究6-工程與社會課程目標3指標點3-1：針對新能源材料與器件等復雜工程問題，具有設計滿足特定需求的新能源材料與器件生產過程系統、操作單元或工藝流程的能力，并能夠在設計環節中體現創新意識。指標點4-3：掌握新能源材料與器件基礎實驗的基本原理和方法，能對實驗數據進行采集、處理和分析，并通過信息綜合得到合理有效的結論。指標點9-3：具有技術團隊的構建、運行、協調和負責的能力。3-設計/開發解決方案4-研究9-個人和團隊四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容實驗項目一線性電位掃描法測試陽極極化曲線1.主要內容（1）配備溶液；①0.5mol/LH2SO4溶液②0.5mol/LH2SO4+0.005mol/LKCl溶液③0.5mol/LH2SO4+0.05mol/LKCl（2）儀器及材料準備；CHI電化學工作站1臺，鎳電極（單面表面積為1cm2，另一面用石蠟封住)1個，硫酸亞汞電極1個，鉑電極1個。（3）陽極極化曲線測定；（4）使用origin進行數據處理；（5）分析數據，撰寫實驗報告。2.重點和難點重點：溶液的配制及電極的處理，電解池中電極的放置。難點：數據分析及報告書寫。3.實施方式講解、實操4.學習要求（1）熟悉實驗方案；（2）正確使用電化學工作站；（3）規范書寫實驗報告。5.實踐要求（1）實踐屬性：綜合訓練型（2）分組要求：6~8人1組（3）實踐準備：準備階段：在實驗開始前，需要做好準備工作，包括實驗儀器的清洗、配方計算、操作規程的了解等。知識準備：陽極極化曲線基本知識及應用情況。安全準備：了解實驗過程中的安全風險和注意事項，遵守安全規程，確保實訓過程的安全可控。人員組織準備：合理安排參與實驗的人員，明確人員分工和職責，確保實訓的有序進行。（4）工作流程①將待測鎳電極的一面用金相砂紙打磨，除去氧化膜，用丙酮洗滌除油。再用脫脂棉沾酒精擦洗，用蒸餾水沖洗干凈，再用濾紙吸干，放進電解池中。電解池中的輔助電極為鉑電極，參比電極為硫酸亞汞電極，電解池中注入0.5mol/LH2SO4溶液。②啟動工作站，運行CHI測試軟件。在Setup菜單中點擊“Technique”選項。在彈出菜單中選擇“LinearSweepVoltamnetry”測試方法，然后點擊OK按鈕。③在Setup菜單中點擊“Parameters”選項。在彈出菜單中輸入測試條件：InitE為-0.2V，FinalE為1.6V，ScanRate為0.005V/s，SampleInterval為0.001V，QuietTime為2s，Sensitivity為1.e-006，選擇Auto-sensitivity。然后點擊OK按鈕。④在Control菜單中點擊“RunExperiment”選項，進行極化曲線的測量。⑤改變溶液組成，測試鎳電極在0.005mol/LKCl+0.5rnol/LH2SO4溶液中的陽極極化曲線，測試條件同上。⑥改變溶液組成，測試鎳電極在0.05mol/LKCl+0.5mol/LH2SO4溶液中的陽極極化曲線，測試條件同上。⑦實驗完畢，關閉儀器，將研究電極清洗干凈待用。（5）時間安排：2~3天（6）其他要求：無6.學生學習預期成果通過本部分實驗，學生學習預期成果如下：（1）知識理解：通過實驗，學生掌握電化學工作站的使用，理解三電極體系、線性電位掃描技術和極化曲線的基本概念。（2）技能與實踐能力提升：學生通過實驗操作，提高動手能力，學會使用origin繪制極化曲線，并通過文獻調研、書籍查閱等調研方式，能夠完整分析極化曲線，提高實踐操作能力和問題解決能力，了解電化學工作站操作過程中的安全風險和注意事項，掌握應對突發狀況的措施和方法。（3）創新思維的培養和職業素養的提升：在實驗過程中，學生可以通過觀察實驗現象，發現問題，調研文獻，解決問題，從而培養學生的創新思維及解決問題的能力，可以加深學生對于新能源專業的理解，提升學生的團隊協作能力，職業道德水平，培養學生嚴謹的工作態度和責任心。7.支撐課程目標課程目標1：掌握電化學工作站的工作原理和特點，掌握動力學參數、三電極體系、線性電位掃描技術、極化曲線、循環伏安、交流阻抗等基本概念和基本理論。課程目標2：訓練學生測定極化曲線、測定基本電化學參數，重點學會電化學工作站的使用、研究電極的制備、電解液的組成及安裝等。掌握極化曲線、循環伏安、交流阻抗等的測定方法，研究三電極體系中電極、輔助電極、參比電極的性質和作用，學會制作極化曲線。鍛煉學生能夠使用各種調研手段，分析電化學曲線及電池性能，進一步獲得優化電化學曲線的方法，考慮社會、健康、安全及環境影響因素。課程目標3：訓練學生根據科研或生產需要進行電化學實驗設計、實驗及數據分析的能力，能夠基于科學原理并采用科學方法對新能源材料與器件開發過程的復雜工程問題進行研究，并能在設計環節中體現創新意識，鍛煉學生團隊協作能力，能夠撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令，并具備一定的國際視野。實驗項目二循環伏安法測定電極反應參數1.主要內容（1）配備溶液；①鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀溶液（2.0×10-2mol/L）②抗壞血酸溶液（2.0×10-2mol/L）③硝酸鉀溶液（1mol/L）④H3PO4和KH2PO4溶液（0.5mol/L）（2）儀器及材料準備；CHI電化學工作站1臺，金（鉑）盤電極、石墨電極、鉑絲電極及Ag/AgCl電極，三電極電解池。（3）測定循環伏安曲線；（4）使用origin進行數據處理；（5）分析數據，撰寫實驗報告。2.重點和難點重點：溶液的配制及電極的處理，電解池中電極的放置。難點：數據分析及報告書寫。3.實施方式講解、實操4.學習要求（1）熟悉實驗方案；（2）正確使用電化學工作站；（3）規范書寫實驗報告。5.實踐要求（1）實踐屬性：綜合訓練型（2）分組要求：6~8人1組（3）實踐準備：準備階段：在實驗開始前，需要做好準備工作，包括實驗儀器的清洗、配方計算、操作規程的了解等。知識準備：循環伏安曲線基本知識及應用情況。安全準備：了解實驗過程中的安全風險和注意事項，遵守安全規程，確保實訓過程的安全可控。人員組織準備：合理安排參與實驗的人員，明確人員分工和職責，確保實訓的有序進行。（4）工作流程①工作電極預處理：金盤電極、石墨電極分別作為測定Fe(CN)63-/4-及抗壞血酸的工作電極，工作電極使用前在細砂紙上輕輕打磨至光亮。②配置溶液：在5個50mL容量瓶中，分別加入2.0×10-2mol/L的鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀溶液0mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL，再各加入1mol/L的硝酸鉀溶液10mL，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。在5個50mL容量瓶中，分別加入2.0×10-2mol/L的抗壞血酸溶液0mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL，再各加0.5mol/L的H3PO4。和KH2PO4溶液10mL，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。③循環伏安法測量：A：連好線路。B：打開CHI電化學工作站，選擇循環伏安法。C：設置試驗參數。初始電位：+0.600V，終止電位：-0.200V，掃描速率按實驗要求選擇。D：將配制的系列鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀溶液逐一轉移至電解池(50mL燒杯）中，插入沖洗干凈的金盤電極（工作電極)、鉑絲電極（輔助電極）及Ag/AgCl參比電極。夾好電極夾。以50mV/s的掃描速率記錄循環伏安圖并存盤。E：用2×10-3mol/L的溶液，分別記錄掃描速率為5mV/s、10mV/s、20mV/s、50mV/s、100mV/s、200mV/s的循環伏安圖并存盤。在完成每一次掃速的測定后，要輕輕搖動一下電解池，使電極附近溶液恢復至初始條件。F：如上操作測定抗壞血酸試液。石墨電極為工作電極，輔助電極與參比電極同上。初始電壓+0.5V，終止電位為-0.10V。④數據處理及分析⑤撰寫實習報告（5）時間安排：2~3天（6）其他要求：無6.學生學習預期成果通過本部分實驗，學生學習預期成果如下：（1）知識理解：通過實驗，學生掌握電化學工作站的使用，理解三電極體系、線性電位掃描技術和循環伏安的基本概念。（2）技能與實踐能力提升：學生通過實驗操作，提高動手能力，學會使用origin繪制循環伏安曲線，并通過文獻調研、書籍查閱能夠完整分析循環伏安曲線，提高實踐操作能力和問題解決能力，了解電化學工作站操作過程中的安全風險和注意事項，掌握應對突發狀況的措施和方法。（3）創新思維的培養和職業素養的提升：在實驗過程中，學生可以通過觀察實驗現象，發現問題，調研文獻，解決問題，從而培養學生的創新思維及解決問題的能力，可以加深學生對于新能源專業的理解，提升學生的團隊協作能力，職業道德水平，培養學生嚴謹的工作態度和責任心。7.支撐課程目標課程目標1：掌握電化學工作站的工作原理和特點，掌握動力學參數、三電極體系、線性電位掃描技術、極化曲線、循環伏安、交流阻抗等基本概念和基本理論。課程目標2：訓練學生測定極化曲線、測定基本電化學參數，重點學會電化學工作站的使用、研究電極的制備、電解液的組成及安裝等。掌握極化曲線、循環伏安、交流阻抗等的測定方法，研究三電極體系中電極、輔助電極、參比電極的性質和作用，學會制作極化曲線。鍛煉學生能夠使用各種調研手段，分析電化學曲線及電池性能，進一步獲得優化電化學曲線的方法，考慮社會、健康、安全及環境影響因素。課程目標3：訓練學生根據科研或生產需要進行電化學實驗設計、實驗及數據分析的能力，能夠基于科學原理并采用科學方法對新能源材料與器件開發過程的復雜工程問題進行研究，并能在設計環節中體現創新意識，鍛煉學生團隊協作能力，能夠撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令，并具備一定的國際視野。實驗項目三交流阻抗法測量電極過程參數1.主要內容（1）配備溶液；①0.5mol/LH2SO4電解液②TX-10緩蝕劑（2）儀器及材料準備；CHI電化學工作站1臺，金（鉑）盤電極、石墨電極、鉑絲電極及Ag/AgCl電極。（3）測定交流阻抗曲線；（4）使用origin進行數據處理；（5）分析數據，撰寫實驗報告。2.重點和難點重點：溶液的配制及電極的處理，電解池中電極的放置。難點：數據分析及報告書寫。3.實施方式講解、實操4.學習要求（1）熟悉實驗方案；（2）正確使用電化學工作站；（3）規范書寫實驗報告。5.實踐要求（1）實踐屬性：綜合訓練型（2）分組要求：6~8人1組（3）實踐準備：準備階段：在實驗開始前，需要做好準備工作，包括實驗儀器的清洗、配方計算、操作規程的了解等。知識準備：交流阻抗曲線基本知識及應用情況。安全準備：了解實驗過程中的安全風險和注意事項，遵守安全規程，確保實訓過程的安全可控。人員組織準備：合理安排參與實驗的人員，明確人員分工和職責，確保實訓的有序進行。（4）工作流程①工作電極預處理②配置溶液③交流阻抗曲線測量④數據處理及分析⑤撰寫實習報告（5）時間安排：2~3天（6）其他要求：無6.學生學習預期成果通過本部分實驗，學生學習預期成果如下：（1）知識理解：通過實驗，學生掌握電化學工作站的使用，理解三電極體系和交流阻抗的基本概念。（2）技能與實踐能力提升：學生通過實驗操作，提高動手能力，學會使用origin繪制交流阻抗曲線，并通過文獻調研、書籍查閱能夠完整分析交流阻抗曲線，提高實踐操作能力和問題解決能力，了解電化學工作站操作過程中的安全風險和注意事項，掌握應對突發狀況的措施和方法。（3）創新思維的培養和職業素養的提升：在實驗過程中，學生可以通過觀察實驗現象，發現問題，調研文獻，解決問題，從而培養學生的創新思維及解決問題的能力，可以加深學生對于新能源專業的理解，提升學生的團隊協作能力，職業道德水平，培養學生嚴謹的工作態度和責任心。7.支撐課程目標課程目標1：掌握電化學工作站的工作原理和特點，掌握動力學參數、三電極體系、線性電位掃描技術、極化曲線、循環伏安、交流阻抗等基本概念和基本理論。課程目標2：訓練學生測定極化曲線、測定基本電化學參數，重點學會電化學工作站的使用、研究電極的制備、電解液的組成及安裝等。掌握極化曲線、循環伏安、交流阻抗等的測定方法，研究三電極體系中電極、輔助電極、參比電極的性質和作用，學會制作極化曲線。鍛煉學生能夠使用各種調研手段，分析電化學曲線及電池性能，進一步獲得優化電化學曲線的方法，考慮社會、健康、安全及環境影響因素。課程目標3：訓練學生根據科研或生產需要進行電化學實驗設計、實驗及數據分析的能力，能夠基于科學原理并采用科學方法對新能源材料與器件開發過程的復雜工程問題進行研究，并能在設計環節中體現創新意識，鍛煉學生團隊協作能力，能夠撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令，并具備一定的國際視野。實驗項目四恒電位方波法測粉末電極真是表面積1.主要內容（1）配備溶液；1mol/LKOH溶液（2）儀器及材料準備；CHI電化學工作站1臺，三電極體系電解池1套，鉑片電極1個，氧化亞汞電極1支，銀片電極1個，銀粉電極1個。（3）測定計時電流曲線；（4）使用origin進行數據處理；（5）分析數據，撰寫實驗報告。2.重點和難點重點：溶液的配制及電極的處理，電解池中電極的放置。難點：數據分析及報告書寫。3.實施方式講解、實操4.學習要求（1）熟悉實驗方案；（2）正確使用電化學工作站；（3）規范書寫實驗報告。5.實踐要求（1）實踐屬性：綜合訓練型（2）分組要求：6~8人1組（3）實踐準備：準備階段：在實驗開始前，需要做好準備工作，包括實驗儀器的清洗、配方計算、操作規程的了解等。知識準備：計時電流曲線基本知識及應用情況。安全準備：了解實驗過程中的安全風險和注意事項，遵守安全規程，確保實訓過程的安全可控。人員組織準備：合理安排參與實驗的人員，明確人員分工和職責，確保實訓的有序進行。（4）工作流程①先用銀片做研究電極，接好實驗線路。②打開計算機和電化學工作站開關。在計算機桌面上用鼠標點擊CHI軟件圖標，進入分析測試系統。③在分析測試系統中選擇計時電流法。④測量開路電壓。⑤根據開路電壓設定參數，進行測試。⑥保存電流時間曲線。⑦更換銀粉電極作為研究電極，重復以上步驟。（5）時間安排：2~3天（6）其他要求：無6.學生學習預期成果通過本部分實驗，學生學習預期成果如下：（1）知識理解：通過實驗，學生掌握電化學工作站的使用，理解三電極體系、計時電位的基本概念。（2）技能與實踐能力提升：學生通過實驗操作，提高動手能力，學會使用origin繪制計時電流曲線，并通過文獻調研、書籍查閱能夠完整分析計時電流曲線，提高實踐操作能力和問題解決能力，了解電化學工作站操作過程中的安全風險和注意事項，掌握應對突發狀況的措施和方法。（3）創新思維的培養和職業素養的提升：在實驗過程中，學生可以通過觀察實驗現象，發現問題，調研文獻，解決問題，從而培養學生的創新思維及解決問題的能力，可以加深學生對于新能源專業的理解，提升學生的團隊協作能力，職業道德水平，培養學生嚴謹的工作態度和責任心。7.支撐課程目標課程目標1：掌握電化學工作站的工作原理和特點，掌握動力學參數、三電極體系、線性電位掃描技術、極化曲線、循環伏安、交流阻抗等基本概念和基本理論。課程目標2：訓練學生測定極化曲線、測定基本電化學參數，重點學會電化學工作站的使用、研究電極的制備、電解液的組成及安裝等。掌握極化曲線、循環伏安、交流阻抗等的測定方法，研究三電極體系中電極、輔助電極、參比電極的性質和作用，學會制作極化曲線。鍛煉學生能夠使用各種調研手段，分析電化學曲線及電池性能，進一步獲得優化電化學曲線的方法，考慮社會、健康、安全及環境影響因素。課程目標3：訓練學生根據科研或生產需要進行電化學實驗設計、實驗及數據分析的能力，能夠基于科學原理并采用科學方法對新能源材料與器件開發過程的復雜工程問題進行研究，并能在設計環節中體現創新意識，鍛煉學生團隊協作能力，能夠撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令，并具備一定的國際視野。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐實踐內容實施方式支撐的課程目標學時安排實驗項目一：線性電位掃描法測試陽極極化曲線講解，實操課程目標1、2、32~3天實驗項目二：循環伏安法測定電極反應參數講解，實操課程目標1、2、32~3天實驗項目三：交流阻抗法測量電極過程參數講解，實操課程目標1、2、32~3天實驗項目四：恒電位方波法測粉末電極真是表面積講解，實操課程目標1、2、32~3天合計10天五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環節目標分值考核/評價細則出勤20%出勤（百分制）100主要考核學生出勤情況，曠課一次扣20分，遲到、早退一次扣10分目標分值=0.2*出勤