电化学交流阻抗测量原理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

电化学交流阻抗测量原理 阻抗基本定义：对于一个稳定线性系统M，假如以一个角频率为正弦波电信 号 X（电压或电流）输入该系统，对应从该系统输出一个角频 率为 正弦波电信号Y（电流或电压）,此时 线性系统频响 函数 G=Y/X就是阻抗或导纳。X Y G=Y/X 欧姆定律：E(电压)=I(电流)Z(阻抗)M第1页 电化学交流阻抗测量原理 直流电阻：可看做频率为0时交流阻抗 交流阻抗测量条件：因果性，线性，稳定性，有限性。正弦波电位扰动幅度：通常5 10mV交流电压（Voltage）:Et=E0sin(t)交流电流（Current）:It=I0sin(t+)交流阻抗（Z）:Z=Et/It 第2页交流导纳（Y）:Y=It/Et交流阻抗矢量（或复数）表示法：Ztotal=Zreal +Zimag （实部）（虚部）阻抗模值：|Z|2=Zreal2 +Zimag2=E0/I0 相位角：tan=-Zimag/Zreal 其中：=2f，f为交流电信号频率 电化学交流阻抗测量原理第3页交流阻抗测量原理第4页第5页第6页等效电路元件频率响应电阻（）：Z=R；=0电容（C）：Z=1/jC;=-90电感（L）：Z=jL;=90常相位角元件（CPE）Z=(1/0V)(j/0)-;Thales表示法 Z=(1/Q)(j)-;Zman表示法 Z=A(j)-;Gamry表示法 其中：=2f，0=21000 =0时电阻；=1时电容；=0.5时Warburg阻抗 第7页 =-1时电感；扩散阻抗（Warburg）Zw=W (j)-1/2;Thales表示法 Zw=W-1 (j)-1/2;Zman表示法 Zw=W (j)-1/2;Gamry表示法 等效电路元件频率响应第8页 电化学交流阻抗等效电路模型 用电子元件构建电路模型，经过拟累计算元件参数值，使得该电路模型交流阻抗谱图与实际测量交流阻抗谱图一致 交流阻抗谱图拟合得到等效电路不是唯一，必须针对实际被测量体系进行合理物理过程解释，对等效电路中每个元件说明其物理意义。第9页 ZHIT转换：将相位对频率改变曲线经过ZHIT转换后 得到阻抗模值随频率改变曲线。K-K转换（Kramers-Kronig）：交流阻抗谱图实部和虚部关系。第10页电极/溶液界面等效电路未赔偿溶液电阻（Ru）Ru=L/(A)；-为电导率，A-电极面积 L-为工作电极与参比电极之间距离 双电层电容（Cdl）:电极和溶液界面 之间电容 WE Cdl Ru Ref 第11页电化学工作站原理图 第12页四电极连接示意图第13页二电极连接示意图第14页三电极连接示意图第15页四电极连接示意图第16页第17页第18页电化学交流阻抗谱图解析依据测量得到EIS谱图，确定等效电路。依据已建立等效电路，设置各个元件参数值。应用等效电路拟合软件，自动调整各个元件参数值，使得等效电路EIS谱图与测量EIS谱图逐步迫近，直到满足拟合软件所控制误差条件 为止。可用拟合软件查看在频率坐标范围内拟合误差分布图、各个元件影响频谱图、预测阻抗等效 电路在更低频率或更高频率范围内改变趋势。第19页惯用阻抗谱图 BODE图：阻抗模值对数log|Z|和相位角对相同横坐标频率对数logf作图。Nyquist图（阻抗复数平面图）：阻抗虚部为纵坐标，阻抗实部为横坐标作图。第20页第21页SIM交流阻抗拟合特点：从交流阻抗BODE图曲线上直接选择频率数据点，然后 选择阻抗元件类型，软件自动提醒该元件初始值。等效电路可分成多个部分，然后进行串/并联连接。每个部分等效电路可实现全部阻抗元件串/并联连接 等效拟合时选取数据点方式：自动选点、手动选点。等效电路拟合后可查看每个元件频率响应分布图。等效电路频谱图频率坐标可任意设置。第22页EIS、IMVS、IMPS对比第23页EIS、IMPS、IMVS原理第24页 交流阻抗测量方法 1、开路电位：交流电压扰动法，交流电流扰动法 2、恒电位：交流电压扰动法 3、恒电流：交流电流扰动法 4、恒电流：交流电压扰动法 5、时间参数改变，一系列测量交流阻抗 6、恒电位参数改变，一系列测量交流阻抗 7、恒电流参数改变，一系列测量交流阻抗 8、RMUX多通道改变，一系列测量交流阻抗（4/10V）第25页 交流阻抗测量方法 9、PAD4多通道同时测量交流阻抗（4V/输入阻抗200K）10、电池循环充、放电同时测量交流阻抗 11、固定单一频率系列测量交流阻抗，可实现交流阻抗（或电容）对电位改变、电流改变、时间改变等一 系列测量。12、控制光强度同时测量太阳能电池交流阻抗 13、控制太阳能电池短路放电同时测量交流阻抗 14、涂层评价AC-DC-AC系列测量交流阻抗 15、数据存放、数据列表、图形输出至Word剪切板、图片打印第26页