电化学阻抗谱等效电路模型方法课件.pptx

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1、电化学阻抗谱等效电路模型解析方法王佳中国海洋大学2014年5月电化学阻抗谱研究方法原理电化学阻抗谱测量技术电化学阻抗谱等效电路模型数据解析方法1.等效电路模型解析途径2.电化学阻抗谱等效电路解析方法的物理化学基础3.电化学阻抗谱等效电路模型解析准则4.建立等效电路模型基本方法5.电化学过程和等效电路模型一致性检验基本原则6.溶液/膜/金属体系电化学阻抗响应特征7.电化学阻抗谱等效电路模型解析的完备步骤电化学参量扰动控制和响应测量：电化学过程参量i=f(E,t,,C…)=f(E)t,,C…；函数扰动可以获得可解析的线性响应；E

2、i,解析i和E的关系，获知G函数性质；时间域/频率域响应的传输函数G(t/)简单电化学过程可以用时间域G(t)方法：简单的结构，低阻抗，快速过程；复杂电化学过程可用频率域G()方法：复杂结构，高阻抗，多个快-慢复合过程；小幅值交流信号扰动-响应-解析——电化学阻抗谱方法阻抗响应传输函数G()=E/i；导纳响应传输函数G()=i/E；小幅值扰动——线性区响应；正弦波扰动——正弦波响应；频率域——宽范围展开多步骤子过程，获得不同速度容抗/感抗丰富信息——深入认识电化学过程。XYBGG=Y/X一、电化学阻抗谱研究方法的原理电化学

3、扰动-响应黑箱扰动方法：可以测定线性稳定结构未知黑箱体系的扰动和响应，分析扰动和响应的关系可获知黑箱性质传输函数G的机构；电化学阻抗谱研究方法电化学阻抗谱测量方法：扰动和响应的可靠测量技术；电化学阻抗谱解析方法：动力学解析，等效电路模型解析；电化学阻抗谱研究方法的前提条件因果性：响应信号和扰动信号间存在因果关系，响应信号只是扰动信号的响应，而非其他信号（如噪声）的响应；线性：响应信号与扰动信号存在同频率线性函数关系，不存在高次谐波；稳定性：扰动信号不会引起系统内结构的变化（不引起其他变量的变化，如表面状态），停止扰动后能够恢复初始

4、状态。3.电化学阻抗谱方法的特点小幅值扰动接近原位状态准稳态暂态技术，扰动和响应存在线性关系；测量技术全自动进行，操作简单，方法多样；小幅值正弦波频率/电位/幅值扫描技术、极化状态测量、浮地技术、滤波技术；计算机数据解析-拟合-模拟技术、图像变换技术、提供大量等效电路模型参考；能够测定极微弱电流，适合于高阻抗体系电化学行为研究；频率域测量能够提供宽范围多个快反应和慢反应速度信息，动态过程和结构信息，包含大量丰富机理信息；能够获得其他方法难于得到的微观机理信息（Cdl、吸附、分布等信息）；等效电路解析方法模型建立直观易理解，可应用于复

5、杂连续过程，更适合与应用研究。信息量大导致信息间识别分辨难度增加；速度和结构相近信息耦合复杂，电极过程-阻抗谱响应-等效电路之间非严谨一一对应，同一电极电位不同，响应和等效电路也不同。需要进行严谨的一致性检验；等效电路的电化学意义需要理解；小幅值扰动导致高阻抗体系信号响应微弱，噪声干扰大，数据可靠性需要检验；腐蚀电化学体系的非线性、波动性、局部性的电化学过程都会影响数据质量和可靠性。模型解析基础工作需要发展。1.影响电化学阻抗谱测量的若干因素（1）恒电位仪器性能影响输入阻抗：高阻抗有利于测量微弱电流；高输入电阻+低输入电容；灵敏度：

6、电位/电流分辨率；漂移：放大器，基准电位、电位和电流检测表零点漂移。电压表测定电子等效电路（无电容）的R点的电位漂移和恒电位仪指示的零点变化。负载特性：极化电流变化到额定值时工作电极电位的变化情况即为恒电位仪的跟随特性，实为基准设定电位和实际工作电极电位的差值，通常不同电位时均应在偏差范围内。测定方法同上。响应时间：频率响应特性。工作电极电位随基准电位变化的响应时间。用函数信号发生器加载不同频率的对称方波，并双踪示波器分别输入电位和工作电极响应电位的波形，直至响应电位波形发生畸变的响应频率和时间。容性负载允许范围：电容变化会引起高频

7、振荡，存在适应电容变化的的范围。用示波器连接电子等效电路的R点，观察波形变化。二.电化学阻抗谱测量技术恒电位仪电位范围:10V电位上升时间:<1微秒槽压:12V电流范围:250mA参比电极输入阻抗:11012欧姆灵敏度:1/V共12档量程输入偏置电流:<50pA电流测量分辨率:<0.01pACV的最小电位增量:0.1mV电位更新速率:5MHz快速数据采集:16位分辨@1MHz外部电压输入信号记录通道自动及手动iR降补偿CV和LSV扫描速度:0.000001-5,000V/s电位扫描时电位增量:0.1mV@500V/sCA和C

8、C脉冲宽度:0.0001-1,000secCA和CC阶跃次数:320DPV和NPV脉冲宽度:0.0001-10secSWV频率:1-100kHzACV频率:0.1-10kHzSHACV频率:0.1-5kHzIMP频率:0.00001-