1、电化学阻抗原理及谱图分析(EIS)Electrochemical Impedance SpectroscopyNAME第1页Science,353(6298):467-470.J Solid State Electrochem()9:421428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应用电阻 R电容 C电感 L研究基本思绪由电阻、电容、电感等基本元件串并联组合而成等效电路第2页 QuestionWHAT 什么是阻抗谱？HOW 怎么分析阻抗谱？第3页 Question 1WHAT 什么是阻抗谱？第4页 交流阻抗测试系统电化学工作站上海辰华chi系列天
2、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 第5页电化学工作站电极接口介绍三电极体系：普通多见于和PC连接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：多了一个感应电极第6页电化学系统交流阻抗含义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函数，称为传输函数G()。假如X为角频率为正弦波电流信号，则Y即为角频率也为正弦电势信号，此时，函数G()称之为系统阻抗（impedance)，用Z表示。假如X为角频率为正弦波电势信号，则Y即为角频率也为正弦电流信号，此时，函数G()就
3、称之为系统导纳（admittance)，用Y表示。阻纳第7页若G为阻抗，则有：实部Z虚部Z|Z|(Z,Z)阻抗Z模值：阻抗相位角为：阻纳G是一个随改变矢量，通惯用角频率（或普通频率f，=2f）复变函数来表示，即：电化学系统交流阻抗含义第8页uEIS技术就是测定不一样频率（f）扰动信号 X 和响应信号 Y 比值，得到不一样频率下阻抗实部Z、虚部Z”、模值|Z|和相位角，然后将这些量绘制成各种形式曲线，就得到EIS抗谱。电化学系统交流阻抗含义log|Z|/deg奈奎斯特图 Nyquist plot波特图 Bode plot第9页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
4、阻抗模量、相位角频率E=E 0sin(t)电化学系统工作原理第10页EIS测量前提条件因果性条件（causality）线性条件（linearity）稳定性条件（stability）输出响应信号只是由输入扰动信号引发。输出响应信号与输入扰动信号之间存在线性关系。电化学系统电流与电势之间是动力学规律决定非线性关系，当采取小幅度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。通常作为扰动信号电势正弦波幅度在5mV左右，普通不超出10mV。扰动不会引发系统内部结构发生改变，当扰动停顿后，系统能够回复到原先状态。可逆反应轻易满足稳定性条件；不可逆电极过程，只要电极表面改变不是很快，当扰动幅
5、度小，作用时间短，扰动停顿后，系统也能够恢复到离原先状态不远状态，能够近似认为满足稳定性条件。第11页 Question 2HOW 怎么分析阻抗谱？第12页正弦电势信号：正弦电流信号：-角频率-相位角第13页电阻纯电阻，=0，Z-Z写成复数：实部：虚部：Z-Z*写成复数：电容电容容抗（），电容相位角=/2实部：虚部：第14页电阻R和电容C串联RC电路串联电路阻抗是各串联元件阻抗之和Nyquist 图上为与横轴交于R与纵轴平行一条直线。实部：虚部：第15页电组R和电容C并联电路并联电路阻抗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圆方程Nyquist
6、 图上为半径为R/2半圆第16页CdRctR ZW阻抗是一个复数，可表示为实部 ZRe和虚部 ZIm两部分，所以，所得到EIS谱图也是以这两部分为x，y轴。经典EIS结果是“半圆+尾巴”曲线，以下列图所示：等效电路阻抗：等效电路：第17页0CdRctR阻抗是一个复数，可表示为实部 ZRe和虚部 ZIm两部分，所以，所得到EIS谱图也是以这两部分为x，y轴。经典EIS结果是“半圆+尾巴”曲线，以下列图所示：等效电路阻抗：等效电路：第18页CdRctR ZW阻抗是一个复数，可表示为实部 ZRe和虚部 ZIm两部分，所以，所得到EIS谱图也是以这两部分为x，y轴。经典EIS结果是“半圆+尾巴”曲线，以下列图所示：等效电路阻抗：等效电路：Nyquist 图上扩散控制表现为斜率为1直线。第19页阻抗谱测试中主要参数设置Initial Freq/High FreqFinal Freq/Low FreqDC Voltage/Initial EAC Voltage/Amplitude105Hz10-4Hz5 mV左右第20页
