1、第九章 电化学交流阻抗测试方法第1页9.1 交流阻抗法交流阻抗法 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分主要方法，是研究电极过程动力学和表面现象主要伎俩。交流阻抗法系指小幅度正弦波小幅度正弦波交流阻抗法，是控制电极电流电极电流(或电位或电位)按正弦波规律随按正弦波规律随时间改变时间改变，同时测量对应电极电位(或电流)随时问改变，或者直接测量电极交流阻抗，进而计算各种电极参数。第2页9.1 电路交流阻抗 一个正弦交流电压可表示成：一个正弦交流电压可表示成：式中，式中，E E0 0为交流电压幅值；为交流电压幅值；t t为时间；为时间；为正弦波为正弦波角频率。角频率为角频率。角频率为依据欧拉公式，上式
2、也可写为指数表示式：依据欧拉公式，上式也可写为指数表示式：第3页在将一个正弦波交流电压E加到一个纯电阻上时，依据欧姆定律，流过电阻电流为交变电压与电流相位相同（相位移角）。所以，一个纯电阻交流阻抗为：即纯电阻R交流阻抗等于纯电阻R。第4页当将一个正弦波交流电压加到一个电容为C理想电容器上时则对应电流为：即这种情况下交变电流相位比电压超前900（），式中。所以，一个电容值为C电容阻抗为：第5页感应值为L“纯”电感来说，其阻抗为：第6页假如加到一个有限性元件组成电路上交流电压为：则流过电路电流能够写成：电路交流阻抗为：第7页一个电路交流阻抗是一个矢量，这个矢量模值为：矢量幅角为将交流阻抗以复数形式
3、表示，按欧拉公式展开 第8页式中，ZRe称为阻抗实部，ZIm称为阻抗虚部：即 阻抗模和阻抗幅角为第9页电路复导纳为复阻抗倒数，用Y表示电路导纳也是一个矢量 YRe为导纳实部，YIm为导纳虚部。第10页对于一个由对于一个由RpRp和和CpCp并联电路并联电路 电路导纳由各个并联元件导纳相加，整个电路导纳为：电路阻抗 第11页Bode图（log|Z|log，log）第12页由RSCS串联电路 电路阻抗为：Z=ZR+ZC 第13页RC 串联电路阻抗Bode 图 第14页在这种电路Nyquist图中，观察不到半圆，但以导纳复平面图来表示测量结果时，却能观察到一个半圆，是一个圆半径为，圆心坐标为（，0）
4、圆方程，半圆顶点 第15页电极系统交流阻抗电极系统交流阻抗电解池是一个相当复杂体系，显然不一样于由简单电学元件，如电阻、电容等组成电路。当一个电极系统电位改变时，流过电极系统电流也对应地改变。这种电流来自两个部分：1.来自电极反应电流按照电极反应动力学规律随电位改变而改变；直接用于电极反应电流，叫法拉第电流。2.自电位改变时双电层两侧电荷密度发生改变而引发“充电”电流；称非法拉第电流。第16页法拉第阻抗 倒数为法拉第导纳Yf，有：第17页用大面积惰性电极为辅助电极时电极系用大面积惰性电极为辅助电极时电极系统等效电路统等效电路 式中Yf为法拉第导纳，它表示式，决定于电极反应动力学机构。普通来说，
5、在一个电极反应进行时，若其它条件不变，电极反应法拉第电流乃是电极电位、电极表面吸附或氧化物膜覆盖度、参加电极反应粒子活度等状态变量函数。第18页电极过程为电化学控制电极过程为电化学控制 经过交流电时不会出现反应粒子浓度极化。在这种情况下，电极法拉第阻抗只包含电阻项，即,研究电极等效电路如图所表示：第19页总阻抗为第20页简单电极过程阻抗谱图简单电极过程阻抗谱图 第21页电极过程中扩散控制体系电极过程中扩散控制体系 当存在浓度极化情况下，法拉第阻抗由两部分组成：一部分电荷传递电阻Rr，另一部分成为Warburg阻抗。第22页Warburg 阻抗可由下式表示：-式中是Warburg 系数 第23页浓度极化阻抗图 第24页含有吸附型阻抗体系 第25页
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