電化學(xué)阻抗譜參考教學(xué)課件

電化學(xué)阻抗原理及譜圖分析(EIS)

ElectrochemicalImpedanceSpectroscopyNAME電化學(xué)阻抗原理及譜圖分析(EIS)

ElectrochemiScience,2016,353(6298):467-470.JSolidStateElectrochem(2005)9:421–428電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析：雙電層和和擴(kuò)散等研究電極材料固體電解質(zhì)導(dǎo)電高分子腐蝕防護(hù)機(jī)理……應(yīng)用電阻R電容C電感L研究的基本思路由電阻、電容、電感等基本元件串并聯(lián)組合而成等效電路Science,2016,353(6298):467-QuestionWHAT—什么是阻抗譜？HOW—怎么分析阻抗譜？QuestionWHAT—什么是阻抗譜？HOW—怎Question1WHAT—什么是阻抗譜？Question1WHAT—什么是阻抗譜？

交流阻抗測(cè)試系統(tǒng)——電化學(xué)工作站上海辰華chi系列天津蘭立科技LK系列美國(guó)AMETEK普林斯頓荷蘭Ivium瑞士萬(wàn)通Metrohm德國(guó)ZAHNER

交流阻抗測(cè)試系統(tǒng)——電化學(xué)工作站上海辰華chi系列天津蘭立電化學(xué)工作站電極接口介紹三電極體系：一般多見于和PC連接的電化學(xué)工作站四電極體系：多見于電池測(cè)試系統(tǒng)五電極體系：多了一個(gè)感應(yīng)電極電化學(xué)工作站電極接口介紹三電極體系：一般多見于和PC連接的電電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義XYG（）M給黑箱（電化學(xué)系統(tǒng)M）輸入一個(gè)擾動(dòng)函數(shù)X，它就會(huì)輸出一個(gè)響應(yīng)信號(hào)Y。用來(lái)描述擾動(dòng)與響應(yīng)之間關(guān)系的函數(shù)，稱為傳輸函數(shù)G()。如果X為角頻率為的正弦波電流信號(hào)，則Y即為角頻率也為的正弦電勢(shì)信號(hào)，此時(shí)，函數(shù)G()稱之為系統(tǒng)Ｍ的阻抗（impedance)，用Z表示。如果X為角頻率為的正弦波電勢(shì)信號(hào)，則Y即為角頻率也為的正弦電流信號(hào)，此時(shí)，函數(shù)G()就稱之為系統(tǒng)Ｍ的導(dǎo)納（admittance)，用Y表示。阻納電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義XYG（）M給黑箱（電化學(xué)系統(tǒng)M若G為阻抗，則有：實(shí)部Z'虛部Z''|Z|(Z',Z'')阻抗Z的模值：阻抗的相位角為：阻納G是一個(gè)隨變化的矢量，通常用角頻率（或一般頻率f，=2f）的復(fù)變函數(shù)來(lái)表示，即：電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義若G為阻抗，則有：實(shí)部Z'虛部Z''|Z|(Z',Z''EIS技術(shù)就是測(cè)定不同頻率（f）的擾動(dòng)信號(hào)X和響應(yīng)信號(hào)Y的比值，得到不同頻率下阻抗的實(shí)部Z’、虛部Z”、模值|Z|和相位角，然后將這些量繪制成各種形式的曲線，就得到EIS抗譜。電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義log|Z|/deg奈奎斯特圖Nyquistplot波特圖BodeplotEIS技術(shù)就是測(cè)定不同頻率（f）的擾動(dòng)信號(hào)X和響應(yīng)信號(hào)鎖相放大器頻譜分析儀阻抗~頻率Eeqt電化學(xué)阻抗法交流伏安法阻抗測(cè)量技術(shù)阻抗模量、相位角~頻率E=E0sin(t)電化學(xué)系統(tǒng)的工作原理鎖相放大器阻抗~頻率Eeqt電化學(xué)阻抗法交流伏安法阻抗測(cè)量技EIS測(cè)量的前提條件因果性條件（causality）線性條件（linearity））穩(wěn)定性條件（stability）輸出的響應(yīng)信號(hào)只是由輸入的擾動(dòng)信號(hào)引起的。輸出的響應(yīng)信號(hào)與輸入的擾動(dòng)信號(hào)之間存在線性關(guān)系。電化學(xué)系統(tǒng)的電流與電勢(shì)之間是動(dòng)力學(xué)規(guī)律決定的非線性關(guān)系，當(dāng)采用小幅度的正弦波電勢(shì)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)，電勢(shì)和電流之間可近似看作呈線性關(guān)系。通常作為擾動(dòng)信號(hào)的電勢(shì)正弦波的幅度在5mV左右，一般不超過(guò)10mV。擾動(dòng)不會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，當(dāng)擾動(dòng)停止后，系統(tǒng)能夠回復(fù)到原先的狀態(tài)?？赡娣磻?yīng)容易滿足穩(wěn)定性條件；不可逆電極過(guò)程，只要電極表面的變化不是很快，當(dāng)擾動(dòng)幅度小，作用時(shí)間短，擾動(dòng)停止后，系統(tǒng)也能夠恢復(fù)到離原先狀態(tài)不遠(yuǎn)的狀態(tài)，可以近似的認(rèn)為滿足穩(wěn)定性條件。EIS測(cè)量的前提條件因果性條件（causality）線性條件Question2HOW—怎么分析阻抗譜？Question2HOW—怎么分析阻抗譜？正弦電勢(shì)信號(hào)：正弦電流信號(hào)：--角頻率--相位角正弦電勢(shì)信號(hào)：正弦電流信號(hào)：--角頻率--相位角電阻純電阻，=0，Z'-Z''寫成復(fù)數(shù)：實(shí)部：虛部：Z'-Z''*****寫成復(fù)數(shù)：電容電容的容抗（），電容的相位角=/2實(shí)部：虛部：電阻純電阻，=0，Z'-Z''寫成復(fù)數(shù)：實(shí)部：虛部：Z'-電阻R和電容C串聯(lián)的RC電路串聯(lián)電路的阻抗是各串聯(lián)元件阻抗之和Nyquist圖上為與橫軸交于R與縱軸平行的一條直線。實(shí)部：虛部：電阻R和電容C串聯(lián)的RC電路串聯(lián)電路的阻抗是各串聯(lián)元件阻抗之電組R和電容C并聯(lián)的電路并聯(lián)電路的阻抗的倒數(shù)是各并聯(lián)元件阻抗倒數(shù)之和實(shí)部：虛部：消去，整理得：圓心為(R/2，0),半徑為R/2的圓的方程N(yùn)yquist圖上為半徑為R/2的半圓電組R和電容C并聯(lián)的電路并聯(lián)電路的阻抗的倒數(shù)是各并聯(lián)元件阻抗CdRctRZW阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)，可表示為實(shí)部ZRe和虛部ZIm兩部分，因此，所得到的EIS譜圖也是以這兩部分為x，y軸。典型的EIS結(jié)果是“半圓+尾巴”的曲線，如下圖所示：等效電路的阻抗：等效電路：CdRctRZW阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)，可表示為實(shí)部ZRe和虛部0CdRctR阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)，可表示為實(shí)部ZRe和虛部ZIm兩部分，因此，所得到的EIS譜圖也是以這兩部分為x，y軸。典型的EIS結(jié)果是“半圓+尾巴”的曲線，如下圖所示：等效電路的阻抗：等效電路：0CdRctR阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)，可表示為實(shí)部ZRe和虛部CdRctRZW阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)，可表示為實(shí)部ZRe和虛部ZIm兩部分，因此，所得到的EIS譜圖也是以這兩部分為x，y軸。典型的EIS結(jié)果是“半圓+尾巴”的曲線，如下圖所示：等效電路的阻抗：等效電路：Nyquist圖上擴(kuò)散控制表現(xiàn)為斜率為1的直線。CdRctRZW阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)，可表示為實(shí)部ZRe和虛部阻抗譜測(cè)試中的主要參數(shù)設(shè)置InitialFreq/HighFreqFinalFreq/LowFreqDCVoltage/InitialEACVoltage/Amplitude105Hz—10-4Hz5mV左右阻抗譜測(cè)試中的主要參數(shù)設(shè)置InitialFreq/Hi祝大家工作順利，身體健康！祝大家工作順利，身體健康！電化學(xué)阻抗原理及譜圖分析(EIS)

ElectrochemicalImpedanceSpectroscopyNAME電化學(xué)阻抗原理及譜圖分析(EIS)

ElectrochemiScience,2016,353(6298):467-470.JSolidStateElectrochem(2005)9:421–428電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析：雙電層和和擴(kuò)散等研究電極材料固體電解質(zhì)導(dǎo)電高分子腐蝕防護(hù)機(jī)理……應(yīng)用電阻R電容C電感L研究的基本思路由電阻、電容、電感等基本元件串并聯(lián)組合而成等效電路Science,2016,353(6298):467-QuestionWHAT—什么是阻抗譜？HOW—怎么分析阻抗譜？QuestionWHAT—什么是阻抗譜？HOW—怎Question1WHAT—什么是阻抗譜？Question1WHAT—什么是阻抗譜？

交流阻抗測(cè)試系統(tǒng)——電化學(xué)工作站上海辰華chi系列天津蘭立科技LK系列美國(guó)AMETEK普林斯頓荷蘭Ivium瑞士萬(wàn)通Metrohm德國(guó)ZAHNER

交流阻抗測(cè)試系統(tǒng)——電化學(xué)工作站上海辰華chi系列天津蘭立電化學(xué)工作站電極接口介紹三電極體系：一般多見于和PC連接的電化學(xué)工作站四電極體系：多見于電池測(cè)試系統(tǒng)五電極體系：多了一個(gè)感應(yīng)電極電化學(xué)工作站電極接口介紹三電極體系：一般多見于和PC連接的電電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義XYG（）M給黑箱（電化學(xué)系統(tǒng)M）輸入一個(gè)擾動(dòng)函數(shù)X，它就會(huì)輸出一個(gè)響應(yīng)信號(hào)Y。用來(lái)描述擾動(dòng)與響應(yīng)之間關(guān)系的函數(shù)，稱為傳輸函數(shù)G()。如果X為角頻率為的正弦波電流信號(hào)，則Y即為角頻率也為的正弦電勢(shì)信號(hào)，此時(shí)，函數(shù)G()稱之為系統(tǒng)Ｍ的阻抗（impedance)，用Z表示。如果X為角頻率為的正弦波電勢(shì)信號(hào)，則Y即為角頻率也為的正弦電流信號(hào)，此時(shí)，函數(shù)G()就稱之為系統(tǒng)Ｍ的導(dǎo)納（admittance)，用Y表示。阻納電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義XYG（）M給黑箱（電化學(xué)系統(tǒng)M若G為阻抗，則有：實(shí)部Z'虛部Z''|Z|(Z',Z'')阻抗Z的模值：阻抗的相位角為：阻納G是一個(gè)隨變化的矢量，通常用角頻率（或一般頻率f，=2f）的復(fù)變函數(shù)來(lái)表示，即：電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義若G為阻抗，則有：實(shí)部Z'虛部Z''|Z|(Z',Z''EIS技術(shù)就是測(cè)定不同頻率（f）的擾動(dòng)信號(hào)X和響應(yīng)信號(hào)Y的比值，得到不同頻率下阻抗的實(shí)部Z’、虛部Z”、模值|Z|和相位角，然后將這些量繪制成各種形式的曲線，就得到EIS抗譜。電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義log|Z|/deg奈奎斯特圖Nyquistplot波特圖BodeplotEIS技術(shù)就是測(cè)定不同頻率（f）的擾動(dòng)信號(hào)X和響應(yīng)信號(hào)鎖相放大器頻譜分析儀阻抗~頻率Eeqt電化學(xué)阻抗法交流伏安法阻抗測(cè)量技術(shù)阻抗模量、相位角~頻率E=E0sin(t)電化學(xué)系統(tǒng)的工作原理鎖相放大器阻抗~頻率Eeqt電化學(xué)阻抗法交流伏安法阻抗測(cè)量技EIS測(cè)量的前提條件因果性條件（causality）線性條件（linearity））穩(wěn)定性條件（stability）輸出的響應(yīng)信號(hào)只是由輸入的擾動(dòng)信號(hào)引起的。輸出的響應(yīng)信號(hào)與輸入的擾動(dòng)信號(hào)之間存在線性關(guān)系。電化學(xué)系統(tǒng)的電流與電勢(shì)之間是動(dòng)力學(xué)規(guī)律決定的非線性關(guān)系，當(dāng)采用小幅度的正弦波電勢(shì)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)，電勢(shì)和電流之間可近似看作呈線性關(guān)系。通常作為擾動(dòng)信號(hào)的電勢(shì)正弦波的幅度在5mV左右，一般不超過(guò)10mV。擾動(dòng)不會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，當(dāng)擾動(dòng)停止后，系統(tǒng)能夠回復(fù)到原先的狀態(tài)。可逆反應(yīng)容易滿足穩(wěn)定性條件；不可逆電極過(guò)程，只要電極表面的變化不是很快，當(dāng)擾動(dòng)幅度小，作用時(shí)間短，擾動(dòng)停止后，系統(tǒng)也能夠恢復(fù)到離原先狀態(tài)不遠(yuǎn)的狀態(tài)，可以近似的認(rèn)為滿足穩(wěn)定性條件。EIS測(cè)量的前提條件因果性條件（causality）線性條件Question2HOW—怎么分析阻抗譜？Question2HOW—怎么分析阻抗譜？正弦電勢(shì)信號(hào)：正弦電流信號(hào)：--角頻率--相位角正弦電勢(shì)信號(hào)：正弦電流信號(hào)：--角頻率--相位角電阻純電阻，=0，Z'-Z''寫成復(fù)數(shù)：實(shí)部：虛部：Z'-Z''*****寫成復(fù)數(shù)：電容電容的容抗（），電容的相位角=/2實(shí)部：虛部：電阻純電阻，=0，Z'-Z''寫成復(fù)數(shù)：實(shí)部：虛部：Z'-電阻R和電容C串聯(lián)的RC電路串聯(lián)電路的阻抗是各串聯(lián)元件阻抗之和Nyquist圖上為與橫軸交于R與縱軸平行的一條直線。實(shí)部：虛部：電阻R和電容C串聯(lián)的RC電路串聯(lián)電路的阻抗是各串聯(lián)元件阻抗之電組R和電容C并聯(lián)的電路并聯(lián)電路的阻抗的倒數(shù)是各并聯(lián)元件阻抗倒數(shù)之和實(shí)部：虛部：消去，整理得：圓心為(R/2，0),半徑為R/2的圓的方程N(yùn)yquist圖上為半徑為R/2的半圓電組R和電容C并聯(lián)的電路并聯(lián)電路的阻抗的倒數(shù)是各并聯(lián)元件阻抗CdRctRZW阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)，可表示為實(shí)部ZRe和虛部ZIm兩部分，因此，所得到的EIS譜圖也是以這兩部分為x，y軸。典型的EIS