电化学交流阻抗谱分析
交流阻抗谱
交流阻抗谱
交流阻抗谱是一种用于描述材料或电化学系统的阻抗随频率变化而变化的谱图。它通常由实部和虚部组成，实部表示对电流的阻碍程度，虚部表示由于电化学反应引起的相位差。
交流阻抗谱通常用于分析电化学体系中的电极界面和电解质界面的反应动力学过程。通过测量电流和电压之间的相位差和幅度，可以获得材料或电化学系统在不同频率下的电极过程和界面反应的信息。
交流阻抗谱的形状和特征可以提供有关材料或电化学系统的信息，比如材料的电导率、电容特性、界面电极反应速率等。通过分析交流阻抗谱可以获得材料的电化学特性，从而应用于电池、燃料电池、传感器等领域的研究和开发中。
交流阻抗谱通常以Bode图或Nyquist图的形式呈现，其中Bode图以频率为横轴，以幅度和相位为纵轴；Nyquist 图以实部为横轴，虚部为纵轴。通过分析这些图像，可以得到关于材料或系统的详细信息。
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1
分析电极过程动 力学、双电层和 扩散等，研究电 极材料、固体电 解质、导电高分 子以及腐蚀防护 机理等。
阻抗~频率
交流伏安法
锁相放大器 频谱分析仪
阻抗模量、相位角~频率
Eeq
E=E0sin(t)
电化学阻抗法 t
阻抗测量技术
电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy， EIS） — 给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流正弦 电势波，测量交流电势与电流信号的比值（系统的阻抗）随正
⚫ 阻抗和导纳统称为阻纳（immittance）, 用G表示。阻抗和 导纳互为倒数关系，Z=1/Y。
5
⚫ 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：
G() = G '() + jG ''()
其中： j = −1 G'—阻纳的实部， G''—阻纳的虚部
写成复数：ZC = − jXC = − j(1/ C)
实部：
ZC' = 0
虚部：
ZC'' = −1/ C
-Z''
* *
***
Z'
Nyquist 图上为与纵轴（虚部）重合的一条直线
电化学阻抗谱的解析与应用
电化学阻抗谱解析与应用
交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。
1. 阻抗谱中的基本元件
交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。
Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A
Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A
Zf'Fixed(X)0N/A N/A
Rb Free(+)10000N/A N/A Data File:Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1)
交流阻抗谱各个部分的物理意义
交流阻抗谱各个部分的物理意义
交流阻抗谱是一种用来描述电化学体系特性的工具，它对施加在电化
学体系上的交流电信号进行频率响应的测量和分析。交流阻抗谱由实部（resistance, R）和虚部（reactance, X）组成，具有强大的信息量，
可以提供有关电化学体系中各个电化学过程的定量信息。以下是交流阻抗
谱各个部分的物理意义。
1.低频部分（离子电荷传输电阻,Rt）：
低频部分主要反映了电化学减极和氧化过程中的离子传输阻力，称为
电解质电阻。离子电荷传输电阻（Rt）是由电解质中离子在界面附近的扩
散和传输所导致的，其大小与电解质的浓度、扩散系数以及界面反应速率
有关。低频部分通常在高阻抗情况下出现，并反映了电解质中离子传输的
限制。
2. 中频部分（电极反应电阻, Rct）：
中频部分主要反映了电化学减极和氧化过程中的电荷传输阻力，称为
电极反应电阻。电极反应电阻（Rct）是由电化学界面上发生的电极反应
引起的电荷传递过程导致的，其大小与电极反应速率、电极表面积及电解
质的电阻性质有关。中频部分通常在低阻抗情况下出现，并反映了电化学
反应动力学的限制。
3. 高频部分（电解质间电容，Cdl）：
高频部分主要反映了电化学减极和氧化过程中的电解质间的电容效应，称为电解质间电容。电解质间电容（Cdl）是由电解质与电极表面之间存
在的电荷分离而引起的电容效应。高频部分通常在接近无阻抗情况下出现，并反映了电解质与电极之间的电荷分离和存储过程。
4.虚部（电感，L）：
虚部主要反映了电化学体系中的感抗效应，称为电感。感抗（L）是由电化学中的电感导致的，其大小与电化学体系中电荷和磁场的相互作用有关。虚部通常与电化学体系中电荷传输和电磁感应相关。
交流阻抗分析全解
电阻R与电容C并联组成电路的交流阻抗 C
p
电路图：
Rp
阻抗倒数:
1 jwR pC p 1 1 jwC p Z R Rp
Z
Rp 1 jwR p C p
Rp 1 ( wR p C p )
2
j
wR p C p 1 ( wR p C p ) 2
2
电路阻抗：
Bode图
)
简单的交流阻抗
在一般的情况下，如果加在一个有限元件组 成的电路上的交流电压为
V Vm e
jwt
则流过电路的电流可以写成 I I me j(wt )
Vm -j -j 则电路的交流阻抗为 Z V/I • e Z e I
m
Z Z (cos j sin ) Z Re jZ Im
交流电压的几种数学表示式 正弦波交流电电压随时间作正弦波变化的表示 式：
V Vm sin wt 交流电压作为矢量在复数平面中可以表示为：
V Vm cos wt jVm sin wt 根据欧拉公式用指数形式表示复数时则为：
V Vm e jwt
由纯电阻R组成电路的交流阻抗 交流电压
交流阻抗分析和扩散系数分析
——锡钴碳组
成志博
邹小丽Biblioteka Baidu
交流阻抗测试分析介绍
电化学阻抗谱原理
电化学阻抗谱原理
电化学阻抗谱是电化学分析的重要技术之一，它通过测量样品在不同
频率下的电流响应与电压欧姆（Ohmic）响应之比，来研究电极表面的电
化学反应。电化学阻抗谱的测量结果可以提供电化学反应的动力学信息和
界面特性，并且帮助研究者了解电化学过程中发生的现象和机制。
电化学阻抗谱的原理基于电化学基本原理和交流电路理论。在电化学
实验中，交流电信号输入电极-电解质界面，产生小信号的交流电势以及
对应的小信号电流。这种交流电信号的频率通常在0.01Hz到10MHz范围
内变化。
阻抗谱的测量通常采用三电极系统，即工作电极、参考电极以及计数
电极。工作电极是被测样品，计数电极与电解质保持电位相同，参考电极
用来提供一个稳定的电势参考。通过对工作电极-电解质界面施加小信号
电势，可以测量到复合性电阻，并且通过变化小信号电势的频率可以得到
电化学阻抗谱图。
阻抗谱图一般采用复数或极坐标进行表示，其中横轴为实部，纵轴为
虚部。实部表示电解液的电阻，是交流电信号通过电极-电解质界面时受
到的阻碍。虚部表示电极-电解质界面的电容和扩散效应，包括电极电容、电解液电容和扩散电阻。
根据阻抗谱图的特征，可以分析出电极表面的动力学过程和界面特性。例如，当频率较高时，阻抗谱图的实部主导，表示电解液的电阻，揭示了
电解质对电流的阻碍程度。而当频率较低时，阻抗谱图的虚部主导，表示
电极-电解质界面的电容和扩散效应。根据虚部的大小和形状，可以了解
电极界面的电容性质以及化学反应速率的相关信息。
电化学阻抗谱在许多电化学研究和应用中发挥重要作用。在材料科学领域，阻抗谱可以用于评估电极材料的催化性能、电化学活性以及电极与电解质之间的界面特性。此外，阻抗谱还可以应用于腐蚀研究、电化学传感器的设计和表征以及电池和燃料电池的性能分析等领域。
电化学交流阻抗谱
铝
线性极化简介
活化控制的腐蚀体系
ba b k 1 ic 2.303 ba +bk） Rp （
实验或者文献中得到tafei 斜率，或者失重法校正得 到B值
在一定时间间隔在线性极 化区测定Rp
上述方程基于两点假设： 1. 腐蚀体系阴阳极都受活化极化控制，浓度极化及电阻极化可以不计。 2. 腐蚀电位与阴阳极的平衡电位相差很远。
释氧区
阳极反应曲线
过钝化区 钝化区
过渡态区 活性区 （M→Mn++n e-） 氧还原区（O2 n e-→ O2n-）
阴极反应曲线
氧扩散区 释氢区
Tafel区
ia a ba lg ic ik k b k lg ic
Tafel区 过渡区 线性 极化 区
线性极化区
a
ba bk ia 2.303 ba +b k） c （ i
1.2.1 物理参数 A.溶液电阻 （Rs）
对电极和工作电极之间电解质 之间阻抗
B.双电层电容 （Cdl）
C.极化阻抗 （Rp）
工作电极与电解质之间电容 当电位远离开路电位时时，导致电极 表面电流产生，电流受到反应动力学 和反应物扩散的控制。 电化学反应动力学控制 反应物从溶液本体扩散到电 极反应界面的阻抗
线性极化法
1. 快速测定金属腐蚀体系瞬间腐蚀速度 2. 对腐蚀体系的影响和干扰很少，重现性好 优点 3. 进行连续检测和现场监控，并且可以用于筛选金属 材料和缓蚀剂以及评价金属镀层的耐腐蚀性能
电化学阻抗谱分析详解
2021/5/27
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阻纳数据的非线性最小二乘法拟合原理
• 一般数据的非线性拟合的最小二乘法
若且G已是知变函量数X和的m具个体参表量达C式1，：C2，…,Cm的非线性函数，
G=G( X,C1，C2，…,Cm ）
个就C2测，是在量…控要值，制根（C变据mn量的这>X数mn的值）个数，：测值使g量为1得，X值将g12，，来这X…些估2，，参定…g量mn,的。X个n估非时参定线，量值性测C代拟到1 入合，n 非线性函数式后计算得到的曲线（拟合曲线）与实
2021/5/27
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按规则（１）将这一等效电路表示为：
R CE-1
按规则（２），CE-1可以表示为（Q CE-2）。因 此整个电路可进一步表示为：
R(Q CE-2)
将复合元件CE-2表示成(Q(W CE-3))。整个等效电 路就表示成：
R(Q(W CE-3))
剩下的就是将简单的复合元件CE-3表示出来。应 表示为（RC）。于是电路可以用如下的CDC表示：
描述码 (Circuit Description Code, 简写为
CDC)。规则如下：
2021/5/27
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• 凡由等效元件串联组 成的复合元件，将这 些等效元件的符号并 列表示。例如凡由等 效元件并联组成的复 合元件，用括号内并 列等效元件的符号表 示。如图中的复合等 效元件以符号（RLC） 表示。复合元件，可 以用符号RLC或CLR 表示
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第二步：根据电化学体系的特征，利用电化学知识，估计 这个系统中可能有哪些个等效电路元件，它们之间有可能 怎样组合，然后提出一个可能的等效电路。
电路描述码 （Circuit Description Code, CDC）
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第三步：利用专业的EIS分析软件，对EIS进行曲线拟合。 如果拟合的很好，则说明这个等效电路有可能是该系统的 等效电路
⚫ 阻抗和导纳统称为阻纳（immittance）, 用G表示。阻抗和 导纳互为倒数关系，Z=1/Y。
5
⚫ 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：
G() = G '() + jG ''()
其中： j = −1 G'—阻纳的实部， G''—阻纳的虚部
,
0)
半径为
Rct 2
圆的方程
18
⚫ 电极过程的控制步骤 为电化学反应步骤时， Nyquist 图为半圆， 据此可以判断电极过 程的控制步骤。
⚫ 从Nyquist 图上可以 直接求出R和Rct。 0
⚫ 由半圆顶点的可求得Cd。
半圆的顶点P处：
PCd Rct = 1
• →，ZRe→R • →0，ZRe→R+Rct
Cd = 1/ Rct
⚫ 高频区为电极反应动力学（电荷传递过程）控制，低频 区由电极反应的反应物或产物的扩散控制。
电化学交流阻抗谱
电化学交流阻抗谱
电化学交流阻抗谱是一种用于研究材料表面与电解质接触时电荷移动和质量传输的技术。该技术利用交流电场激发材料表面的电化学反应，并测量对应的电学响应。通过分析阻抗谱，可以获得许多与材料电化学性质相关的信息，例如电荷转移阻抗、电解质扩散系数和电极反应动力学等。
电化学交流阻抗谱可以应用于多种领域，例如电池、涂层、腐蚀和催化等。在电池领域，该技术可以用于评估电池的性能和寿命。在涂层领域，电化学交流阻抗谱可以用于分析涂层的质量和保护性能。在腐蚀领域，该技术可以用于研究腐蚀过程的机理和预测材料的腐蚀寿命。在催化领域，电化学交流阻抗谱可以用于研究催化反应的动力学和反应机理。
电化学交流阻抗谱的实验过程需要用到交流电源、参比电极、工作电极和电解质等设备和试剂。在实验过程中，需要控制电压或电流的大小和频率，并测量相应的电学响应。根据测量结果，可以得到电化学交流阻抗谱的图像，并进行进一步的分析和解释。
电化学阻抗谱的应用及其解析方法
电化学阻抗谱的应用及其解析方法
交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。
1. 阻抗谱中的基本元件
交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。
Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A
Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A
Rt Fixed(X)0N/A N/A
Cd'Fixed(X)0N/A N/A
Zf'Fixed(X)0N/A N/A
Rb Free(+)10000N/A N/A Data File:
Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl
Mode:
Type of Weighting:
Data-Modulus
电化学阻抗谱分析
电化学阻抗谱分析
电化学阻抗谱分析是一种重要的电化学测量技术，广泛应用于材料、
化学、能源和生物领域等各个科学研究和工程应用中。在电化学阻抗谱分
析中，通过在待测系统中施加交流电信号，测量系统的电流响应和电压变化，可以得到材料或电化学系统的阻抗谱。这些阻抗谱信息可以提供有关
材料的电子传输和离子传输特性、表面反应动力学、电化学界面特性以及
电化学系统的动力学行为等重要信息。
电化学阻抗谱分析的基本原理是基于交流电信号在电化学系统中引起
的电流响应和电压变化。当外加电势为交流电势时，系统中的电容、电感、电解质电导等物理和化学过程对交流电信号产生响应。根据电阻、电容和
电感等元件的特性，可以得到复数形式的阻抗谱。阻抗谱通常以Nyquist
图和Bode图的形式表示，这些图形能够直观地反映材料或系统的特性。
在电化学阻抗谱分析中，常用的测量方法包括交流电压法和交流电流法。交流电压法是将待测系统置于一个交流电压信号下，测量系统的电流
响应，并通过波形分析等方法获得阻抗谱信息。交流电流法是将待测系统
置于一个交流电流信号下，测量系统的电压响应，并通过波形分析等方法
获得阻抗谱信息。这两种方法都可以适用于不同类型的电化学系统和材料
的阻抗谱分析。
电化学阻抗谱分析在材料科学中具有广泛的应用。例如，对于金属、
合金和导电聚合物等材料，电化学阻抗谱可以用于研究它们的电子传输性能、电极/电解液界面特性以及电化学腐蚀行为等。对于离子传输材料，
如离子液体和电解质溶液等，电化学阻抗谱可以提供有关离子传输速率和
电荷传输性能的信息。此外，电化学阻抗谱还可以用于燃料电池、锂离子
eis电化学阻抗谱 rct
电化学阻抗谱（EIS）是一种研究电极系统的实验方法，通过测量电极系统在很宽频率范围内的交流电势与电流信号的比值（此比值即为系统的阻抗），以此来研究电极系统。EIS在水解电解质体系中最早的应用则是1960年的Sluyters等人将阻抗在阻抗平面中绘出。如今，EIS方法已经成为研究复杂化学和电化学过程（如腐蚀）的有力工具，特别是在近二十年来，在电化学能源系统（燃料电池，超级电容和二次电池）上的应用非常广泛，尤其是在预测电池状态（SOC，SOH）和确定限制电极性能因素（电导率、电荷转移特性、钝化膜特性等）方面。
其中，RCT代表的是电荷传递电阻，它是电极过程控制的体系中，在电极表面上电荷传递的电阻，也是电化学反应速度控制的步骤。电荷传递电阻的数值通常用交流阻抗谱测定，并与控制步骤的动力学方程结合，从而得出控制步骤的动力学常数。
最新最全的电化学阻抗谱(EIS)
一、基本知识1. 概念电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy，简写为 EIS)又叫交流阻抗谱，在电化学工作站测试中叫做交流阻抗(AC Impedance)。阻抗测量原本是电学中研究线性电路网络频率响应特性的一种方法，引用到研究电极过程，成了电化学研究中的一种实验方法，在三电极系统下，测量工作电极的阻抗。常见的电化学阻抗谱有两种：一种叫做奈奎斯特图（Nyquist plot），一种叫作波特图（Bode plot）；还有一种相位图；奈奎斯特图和波特图：是论文中经常出现的图；相位图：在电化学测试过程中会出现，类似电极反应过程中阻抗变化图，常用于分析等效电路的构成，判断阻抗、电容等元件。
2. 基本理论当电极系统受到一个正弦波形电压(电流)的交流讯号的扰动时，会产生一个相应的电流(电压)响应讯号，由这些讯号可以得到电极的阻抗或导纳。一系列频率
的正弦波讯号产生的阻抗频谱，称为电化学阻抗谱。注释：将电化学系统抽象作一个
电路模型，这个等效电路就是由电阻（R）、电感（L）、电容（C）等基本元件按照串联或并联等不同方式组合而成，利用EIS可以测定等效电路的构成以及各个元件的大小，利用这些元件的电化学含义，来分析电化学系统的构成和电极反应过程的性质等。
3. 等效电路等效电路图示例：
等效电路元件符合——名称——导纳——电阻R ——电阻—— 1/R —— RC ——电容—— jwC —— 1/jwC L ——电感—— 1/jwL —— jwLW ——无限扩散阻抗——
电化学阻抗谱分析讨论
从图可得体系R、Rct、Cd以及参数，与扩散系数有关，利用它可以估算扩
散系数D。由Rct可计算i0和k0。
Rct
RT nFi 0
EIS理论分析
扩散阻抗的直线可能偏离45，原因：
1. 电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球 面扩散；
2. 除了电极电势外，还有另外一个状态变量，这 个变量在测量的过程中引起感抗。
G（）
X
M
Y
给白箱（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()。若系统的内部结构是线性的稳定结 构，则输出信号就是扰动信号的线性函数。
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，传输函数G()也是频率的函 数，称为频响函数，这个频响函数就称之为系统Ｍ的阻抗 （impedance)， 用Z表示。
溶液电阻R除了溶液的欧姆电阻外，还包括体系中的其它可能存在的欧姆电阻，如电极表面膜的欧姆 电阻、电池隔膜的欧姆电阻、电极材料本身的欧姆电阻等。
EIS理论分析
电荷传递和扩散过程混合控制的EIS
平板电极上的反应：
电极过程由电荷传递过程和扩散过程共同控制，电化学极化和浓差极化同 时存在时，则电化学系统的等效电路可简单表示为：
浸泡初期
溶液浸透涂层之前
• 施加电位较裸钢大，一般会选择10mv以上 • 随着浸泡时间延长，f-A左移，f-Z下移。较小电阻及
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极化曲线在腐蚀与防护中应用
铝合金在含有氯离子 的乙二醇-硼酸溶液 中的腐蚀行为研究
氨基苯唑在3.5% NaCl中铜 镍合金的防腐蚀的研究
缓蚀剂的存在改变了阳极钝化过程， 使铜镍合金更加容易钝化，增加抗 腐蚀的性能。
超疏水层状双羟基对于铝合金防腐蚀研究
一个时间常数
（B）两个时间常数
电荷转移阻抗
双电层电容 界面阻抗
界面 电容
两个时间常数
常见的两个时间常数的电路图
（C）三个时间常数
CPEDL
ROX
CPEOX
RSG
CPESG
常见的三个时间常数的电路图
1.4. 在腐蚀与防护中的应用
（1）两个时间常数的模型
金属腐蚀机制研究
金属 本体
腐蚀产物层
研究不同镀层的钢材的腐蚀情况
不同阶段的SRB膜的AFM图
下一步计划：
抗生素类 的缓蚀剂
多环 环中掺杂 N 或者S
无机纳 微材料
SiO2 MnO2 TiO2 ZrO2 层状插层 核壳结构 多孔结构
无机纳微材料
缓蚀剂
有机聚 合电解 质
有机聚 电解质
聚阴离子 聚阳离子 智能感应聚合物
pH 敏感 光敏感 热敏感 电化学敏感 特殊离子敏感
动电位极化曲线
2. 动电位极化曲线简介
通过控制电极电位或者电流密度的值，测定相应的电流 密度或者电位的变化而得到的电极电位与电流密度的关 系曲线，被称为极化曲线。
曲线上的特征电位值（自腐蚀电位，孔蚀电位 等）可以比较金属的腐蚀特性
优点
直接获得曲线的Tafel参数
直接计算缓蚀效率，研究缓蚀剂的作用机理
缓蚀剂缓蚀机制的研究
金属 本体
防护层
研究头孢类抗生素的缓蚀作用
（2）三个时间常数的模型 (a) 自修复膜腐蚀机制的研究
Adv. Mater. 2006, 18, 1672-1678 Chem. Mater. 2007, 19, 402-411 Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 3137-3147
电化学交流阻抗谱
1. 电化学交流阻抗谱简介
1.1 交流阻抗谱方法是一种以小振幅的正 弦波电位为扰动信号的电测量方法。
体系干扰小
优点：
提供多角度的界面状态与过程的信息，便于 分析腐蚀缓蚀作用机理
数据分析过程相对简单，结果可靠
缺点：
复杂的阻抗谱的解释
1.2 物理参数和等效电路元件
1.2.1 物理参数 A.溶液电阻 （Rs）
ic
ba bk 2.30（3 ba
1 +bk）R p
极化曲线获取信息
1. 腐蚀电位(Ecorr)，腐蚀电流（icorr） 2. 获得Tafel参数（阴极极化斜率ba，阳极极
化斜率bk） 3. 研究防腐蚀机理，可以知道是阳极机制剂、
阴极抑制剂或者是混合型抑制剂。 4. 通过腐蚀电流可以计算腐蚀抑制效率
圆桂酸-层状双羟基/铝基底
圆桂酸-阳极氧化铝/铝基底 层状双羟基/铝基底 阳极氧化铝/铝基底
铝
线性极化简介
活化控制的腐蚀体系
ic
babk 2.30（3 ba
+b
）
k
1 Rp
实验或者文献中得到tafei 斜率，或者失重法校正得 到B值
在一定时间间隔在线性极 化区测定Rp
上述方程基于两点假设： 1. 腐蚀体系阴阳极都受活化极化控制，浓度极化及电阻极化可以不计。 2. 腐蚀电位与阴阳极的平衡电位相差很远。
N.B. ∆i for
summed curve = ia + |∆ic| (∆ia=x)
E
i = polarization
resistance
ic
babk 2.30（3 ba
+b
）
k
1 Rp
电位出切线的斜率）
1.2.2. 等效电路元件
R 阻抗 C 电容 L 电感 W 无限扩散阻抗 O 有限扩散阻抗 Q 常相角元件
导纳
阻抗
1.3 等效电路 判断电容。阻 抗等结构元件
（A）一个时间常数
Rct 或Rp
Cdl Rs
Nyquist图
相位图
大致表征几个 时间常数
Zw
Rct Cdl Rs
Nyquist图
保护膜
钝化膜 金属本体
金属腐蚀区 钝化膜
保护膜
4
3
2
1
1. 保护膜电容区 2. 保护膜阻抗区 3. 钝化膜电容区 4. 钝化膜阻抗区
电容随着频率减少而增加 阻抗不随频率而变化
保护膜层的阻抗变化 钝化膜层阻抗变化
(b) 微生物腐蚀机制的研究
Corrosion Science 49 (2007) 2159-2176
F.界面电容 （C）和 常相角元件（CPE）
G.电感 （L）
通常每一个界面之间都会存 在一个电容。
A.溶液电阻 （Rs）
B. 极化阻抗 （Rp） C. 电荷转移电阻 （Rct） D. 扩散电阻 （Zw） E. 界面电容 （C）和 常相角元件（CPE）
注意事项：
1. Rp近似Rct+Zw，但不是完全的相等 2. 极化阻抗通过计划曲线也可以得到 （腐蚀
优点 缺点
线性极化法
1. 快速测定金属腐蚀体系瞬间腐蚀速度
2. 对腐蚀体系的影响和干扰很少，重现性好
3. 进行连续检测和现场监控，并且可以用于筛选金属 材料和缓蚀剂以及评价金属镀层的耐腐蚀性能
1. 另行测定或者从文献中选取的塔菲尔常数不能够反 映腐蚀速度随时间的变化情况 2. 线性极化区时近似的，准确度不是很高 3. 不适用于电导率较低的体系，应用范围受到限制
对电极和工作电极之间电解质 之间阻抗
B.双电层电容 （Cdl） C.极化阻抗 （Rp）
工作电极与电解质之间电容
当电位远离开路电位时时，导致电极 表面电流产生，电流受到反应动力学 和反应物扩散的控制。
D.电荷转移电阻 （Rct） 电化学反应动力学控制
E.扩散电阻 （Zw）
反应物从溶液本体扩散到电 极反应界面的阻抗
缺点
极化测量施加的电位会对腐蚀体系造成一定 的影响和干扰。（腐蚀电位Ecorr的漂移）
极化的分类
阴阳极反应所需 的活化能较高
电化学极化
电极界面的电化学反 应为控制步骤
阳极 极化
浓差极化
分类
电阻极化
阴极 极化
（氧还原反应和释氢反应）
反应物扩散过程为控 制步骤
电流通过电解质与电极界 面所产生的欧姆电位降
阳极反应曲线
释氧区
过钝化区 钝化区
过渡态区
活性区 （M→Mn++n e-）
氧还原区（O2 n e-→ O2n-）
氧扩散区
释氢区
阴极反应曲线
Tafel区
线性 Leabharlann Baidu化 区
Tafel区 过渡区
a
ba
lg
ia ic
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bk
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ik ic
线性极化区
a
babk
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2.30（3 ba +bk）ic