电化学交流阻抗测量原理解读.ppt

交流阻抗测量原理 电化学工作站原理图 四电极连接示意图 二电极连接示意图 三电极连接示意图 四电极连接示意图 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，软件自动提示该元件的初始值。 ? 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所有阻抗元件的串/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的频率响应分布图。 ? 等效电路频谱图的频率坐标可任意设置。 EIS、IMVS、IMPS对比 EIS、IMPS、IMVS原理 电化学交流阻抗测量原理 ? 阻抗基本定义： 对于一个稳定的线性系统M，如果以一个角频率为ω的正弦波电信 号 X（电压或电流）输入该系统，相应的从该系统输出一个角频 率为ω 的正弦波电信号Y（电流或电压）, 此时 线性系统的频响 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 电化学交流阻抗测量原理 ? 直流电阻：可看做频率为0时的交流阻抗 ? 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(ωt) ?交流电流（Current）: It = I0sin(ωt + ?) ?交流阻抗（Zω）: Z = Et / It 交流导纳（Yω）: 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：ω = 2πf，f为交流电信号频率 电化学交流阻抗测量原理 等效电路元件频率响应 电阻（?）：Z = R； ? = 0 电容（C）： Z = 1/jωC; ? = -90 电感（L）： Z = jωL; ? = 90 常相位角元件（CPE） Z = (1/ω0?V) ? (jω/ω0)-α; Thales表示法 Z = (1/Q) ? (jω)-α; Zman表示法 Z = A(jω)-ɑ; Gamry表示法 其中：ω = 2πf，ω0 = 2π×1000 α=0时电阻；ɑ=1时电容；ɑ=0.5时Warburg阻抗 ɑ=-1时电感； 扩散阻抗（Warburg） Zw = W ? (jω)-1/2 ; Thales表示法 Zw = W-1 ? (jω)-1/2 ; Zman表示法 Zw = W ? (jω)-1/2 ; Gamry表示法 等效电路元件频率响应 ? 电化学交流阻抗等效电路模型 用电子元件构建电路模型，通过拟合计算元件参数值，使得该电路模型的交流阻抗谱图与实际测量的交流阻抗谱图一致 ? 交流阻抗谱图拟合得到的等效电路不是唯一的，必须针对实际的被测量体系进行合理的物理过程解释，对等效电路中的每个元件说明其物理意义。 ? ZHIT转换： 将相位对频率变化的曲线经过ZHIT转换后 得到阻抗模值随频率的变化曲线。 K-K转换（Kramers-Kronig）： 交流阻抗谱图实部和虚部的关系。 电极/溶液界面的等效电路 未补偿的溶液电阻（Ru） Ru = L/(σ?A)； σ--为电导率，A--电极面积 L--为工作电极与参比电极之间的距离 ? 双电层电容（Cdl）: 电极和溶液界面 之间的电容 WE Cdl Ru Ref 电化学交流阻抗谱图解析 根据测量得到