电化学阻抗谱课件.pptx

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1、电化学阻抗原理及谱图分析(EIS)ElectrochemicalImpedanceSpectroscopyNAMEScience,2016,353(6298):467-470.JSolidStateElectrochem(2005)9:421–428电极过程动力学分析：双电层和和扩散等研究电极材料固体电解质导电高分子腐蚀防护机理……应用电阻R电容C电感L研究的基本思路由电阻、电容、电感等基本元件串并联组合而成等效电路QuestionWHAT—什么是阻抗谱？HOW—怎么分析阻抗谱？Question1WHAT—什么是阻抗谱？交流阻抗测试系统——电化学工作站上海辰华ch

2、i系列天津兰立科技LK系列美国AMETEK普林斯顿荷兰Ivium瑞士万通Metrohm德国ZAHNER电化学工作站电极接口介绍三电极体系：一般多见于和PC连接的电化学工作站四电极体系：多见于电池测试系统五电极体系：多了一个感应电极电化学系统的交流阻抗的含义XYG（）M给黑箱（电化学系统M）输入一个扰动函数X，它就会输出一个响应信号Y。用来描述扰动与响应之间关系的函数，称为传输函数G()。如果X为角频率为的正弦波电流信号，则Y即为角频率也为的正弦电势信号，此时，函数G()称之为系统Ｍ的阻抗（impedance)，用Z表示。如果X为角频率为的正弦波电势信号

3、，则Y即为角频率也为的正弦电流信号，此时，函数G()就称之为系统Ｍ的导纳（admittance)，用Y表示。阻纳若G为阻抗，则有：实部Z'虚部Z''

4、Z

5、(Z',Z'')阻抗Z的模值：阻抗的相位角为：阻纳G是一个随变化的矢量，通常用角频率（或一般频率f，=2f）的复变函数来表示，即：电化学系统的交流阻抗的含义EIS技术就是测定不同频率（f）的扰动信号X和响应信号Y的比值，得到不同频率下阻抗的实部Z’、虚部Z”、模值

6、Z

7、和相位角，然后将这些量绘制成各种形式的曲线，就得到EIS抗谱。电化学系统的交流阻抗的含义log

8、Z

9、/deg奈奎斯特图Nyq

10、uistplot波特图Bodeplot锁相放大器频谱分析仪阻抗~频率Eeqt电化学阻抗法交流伏安法阻抗测量技术阻抗模量、相位角~频率E=E0sin(t)电化学系统的工作原理EIS测量的前提条件因果性条件（causality）线性条件（linearity））稳定性条件（stability）输出的响应信号只是由输入的扰动信号引起的。输出的响应信号与输入的扰动信号之间存在线性关系。电化学系统的电流与电势之间是动力学规律决定的非线性关系，当采用小幅度的正弦波电势信号对系统扰动，电势和电流之间可近似看作呈线性关系。通常作为扰动信号的电势正弦波的幅度在5mV左右，一般不超过

11、10mV。扰动不会引起系统内部结构发生变化，当扰动停止后，系统能够回复到原先的状态。可逆反应容易满足稳定性条件；不可逆电极过程，只要电极表面的变化不是很快，当扰动幅度小，作用时间短，扰动停止后，系统也能够恢复到离原先状态不远的状态，可以近似的认为满足稳定性条件。Question2HOW—怎么分析阻抗谱？正弦电势信号：正弦电流信号：--角频率--相位角电阻纯电阻，=0，Z'-Z''写成复数：实部：虚部：Z'-Z''*****写成复数：电容电容的容抗（），电容的相位角=/2实部：虚部：电阻R和电容C串联的RC电路串联电路的阻抗是各串联元件阻抗之和Nyqui

12、st图上为与横轴交于R与纵轴平行的一条直线。实部：虚部：电组R和电容C并联的电路并联电路的阻抗的倒数是各并联元件阻抗倒数之和实部：虚部：消去，整理得：圆心为(R/2，0),半径为R/2的圆的方程Nyquist图上为半径为R/2的半圆CdRctRZW阻抗是一个复数，可表示为实部ZRe和虚部ZIm两部分，因此，所得到的EIS谱图也是以这两部分为x，y轴。典型的EIS结果是“半圆+尾巴”的曲线，如下图所示：等效电路的阻抗：等效电路：0CdRctR阻抗是一个复数，可表示为实部ZRe和虚部ZIm两部分，因此，所得到的EIS谱图也是以这两部分为x，y轴。典型的EIS结果

13、是“半圆+尾巴”的曲线，如下图所示：等效电路的阻抗：等效电路：CdRctRZW阻抗是一个复数，可表示为实部ZRe和虚部ZIm两部分，因此，所得到的EIS谱图也是以这两部分为x，y轴。典型的EIS结果是“半圆+尾巴”的曲线，如下图所示：等效电路的阻抗：等效电路：Nyquist图上扩散控制表现为斜率为1的直线。阻抗谱测试中的主要参数设置InitialFreq/HighFreqFinalFreq/LowFreqDCVoltage/InitialEACVoltage/Amplitude105Hz—10-4Hz5mV左右