电化学阻抗谱36179优秀课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/1/7,#,电化学阻抗原理及谱图分析,(EIS),Electrochemical Impedance Spectroscopy,NAME,Science,2016,353(6298):467-470.,J Solid State Electrochem(2005)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,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,Question,WHAT,什么是阻抗谱？,HOW,怎么分析阻抗谱？,Question 1,WHAT,什么是阻抗谱？,交流阻抗测试系统,电化学工作站,上海辰华,chi,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,X,Y,G,（,）,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(),称之为系统的,阻抗,（,impedance),，用,Z,表示。,如果,X,为角频率为,的正弦波,电势,信号，则,Y,即为角频率也为的正弦,电流,信号，此时，函数,G(),就称之为系统的,导纳,（,admittance),，用,Y,表示。,阻纳,若,G,为阻抗，则有：,实部,Z,虚部,Z,|Z|,(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,|Z|,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,|,Z,|,/,deg,奈奎斯特图,Nyquist plot,波特图,Bode plot,锁相放大器,频谱分析仪,阻抗,频率,E,eq,t,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,=,E,0,sin(,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,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。,Question 2,HOW,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,Nyquist,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,C,d,R,ct,R,Z,W,阻抗是一个,复数,，可表示为实部,Z,Re,和虚部,Z,Im,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：,0,C,d,R,ct,R,阻抗是一个,复数,，可表示为实部,Z,Re,和虚部,Z,Im,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：,C,d,R,ct,R,Z,W,阻抗是一个,复数,，可表示为实部,Z,Re,和虚部,Z,Im,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,Initial Freq/,High Freq,Final Freq/,Low Freq,DC Voltage/,Initial E,AC Voltage/,Amplitude,10,5,Hz10,-4,Hz,5 mV,左右,