电化学阻抗谱（EIS）原理及谱图分析PPT文件格式下载.pptx

1、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

2、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，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

3、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,交流伏安法,阻抗模量、相位角频率Eeq E=E 0sin（t电化学阻抗法阻抗测量技术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

4、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，,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,实部：,电阻R和

5、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。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：,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,Cd,R ZWRct等效电路的阻抗：,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：,0,Cd,Rct,R,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。,等效电路的阻抗：,Cd,R,ZWRct,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。,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,105Hz10-4Hz,5 mV左右,