电化学阻抗谱（EIS）原理及谱图分析.pptx

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,电化学阻抗原理及谱图分析（EIS）ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,NAME,Science,2016,353（6298）:

467-470.,JSolidStateElectrochem（2005）9:

421428,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？

Question1,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,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：

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，=2f）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,奈奎斯特图Nyquistplot,波特图Bodeplot,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。

Question2,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，,写成复数：

实部：

虚部：

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,阻抗是一个复数，可表示为实部ZRe和虚部ZIm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,阻抗是一个复数，可表示为实部ZRe和虚部ZIm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：

阻抗是一个复数，可表示为实部ZRe和虚部ZIm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,InitialFreq/HighFreqFinalFreq/LowFreqDCVoltage/InitialEACVoltage/Amplitude,105Hz10-4Hz,5mV左右,