电化学交流阻抗测试拟合-2

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【备用干货】电化学交流阻抗拟合原理与方法

【备用干货】电化学交流阻抗拟合原理与方法
f/Hz
(RC)
3 溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS
Cd与Rp并联后的总导纳为
++-
Y
1 Rp
jCd
+++-
Cd与Rp并联后与RL串联后的总阻抗为
Z
RL
1
Rp
jRpCd
RL
1
Rp
(RpCd
)2
j
1
Rp 2Cd (RpCd
)2
实部:
Z'
RL
1
Rp
(RpCd
)2
虚部: Z'' Rp2Cd
1 (RpCd )2
eL L d t
L d dt
(Im sin t)
I
mt
sin(t
2
)
UL
eL
ImL sin(t
)
2
=j Im ωL sin(ωt)
Z jL
电感两端的电压与流经的电流是同频 率的正弦量,但在相位上电压比电流 超前 2
V
L IV
t
(3)纯电容元件
UC Um sin t
Q=CU
I
dQ dt
d(CU ) dt
1
arctg Cd arctg 1
RL
RLCd
1理想极化电极的电化学阻抗谱
时间常数
当处于高频和低频之间时,有一个特征频率*,在这个特 征频率, RL和 Cd 的复合阻抗的实部和虚部相等,即:
RL
1
*Cd
* 1
RLCd
2 溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS
Y
=YRp+YCd=
1 Rp
jCd
1

eis交流阻抗谱拟合画等效电路的问题

eis交流阻抗谱拟合画等效电路的问题

在电化学交流阻抗谱(EIS)分析中,通过拟合实验数据并画等效电路图,可以获得电化学过程的深入理解。

以下是进行这一过程时可能遇到的一些问题以及相应的解决方案:1.选择合适的等效电路模型:首先,需要选择一个适合描述实验系统的等效电路模型。

这可能涉及比较不同模型的拟合效果,并考虑模型的复杂性。

过于复杂的模型可能过度拟合数据,导致对特定实验条件的敏感性;而过于简单的模型可能无法充分捕捉系统的复杂性。

2.参数识别和不确定性:在确定等效电路模型后,需要识别模型中的参数。

这通常涉及使用非线性最小二乘法等优化方法来拟合实验数据。

在这个过程中,可能会出现参数的不确定性和敏感性。

为了解决这个问题,可以尝试不同的优化算法,或者使用更复杂的模型来提高拟合的精度。

3.噪声和实验误差:实验数据往往存在噪声和误差,这可能会影响参数识别的准确性。

为了减少这些影响,可以进行重复实验以获取更可靠的数据。

此外,也可以尝试使用更强大的数据预处理技术,例如去噪或插值,以提高数据的信噪比。

4.模型的适用性:选定的等效电路模型可能不适用于所有实验条件。

例如,模型可能对特定的电解质、温度或压力条件有更好的适用性。

因此,在应用模型之前,需要对模型的适用性进行充分的验证。

5.等效电路图的可视化:最后,需要将拟合的等效电路图可视化,以便更直观地理解电化学过程。

这可能涉及选择合适的绘图工具和格式,例如电路图或者电化学阻抗谱的图形表示。

在解决这些问题时,可能需要参考相关的文献和研究,以获得更多关于等效电路模型、参数识别方法、实验误差处理和可视化技术的信息。

同时,也需要根据具体的实验系统和需求进行灵活的调整。

交流阻抗拟合方法简介、电化学阻抗

交流阻抗拟合方法简介、电化学阻抗

D
Rsol
E
Cdl Rct
F
低频时, 低频时,电阻可导通
Electrochemical Impedance spectroscopy
形成Nyquist图的投影
FRA test procedure with dummy cell: connect WE(c)
FRA test procedure with dummy cell: connect WE(c) 3.3 60
1.0K
50 3.0
0.8K -Z'' / ohm 0.5K
40 -phase / deg(+) 2.8 log(Z)(o) 30
2.5 20
2.3 10
形成Bode图
0.3K
2.0 -2
-1
1
2 log(f)
3
4
0
0 0.1K
0.4K
0.6K Z' / ohm
0.9K
1.1K
Electrochemical Impedance spectroscopy
R1
0 0.1K 0.4K 0.6K Z' / ohm
R1+R2
R2
2.0 -2 -1 1 2 log(f) 3 4 0 0.9K 1.1K
Electrochemical Impedance spectroscopy
所有复杂的曲线,均可由以上的基础图形分段得到。
R(RQ)(RQ)
Measurement during 1 mA discharge of a Duracell Alkaline Battery 1
Bode图: lg(Z)~lg(f) 和 φ~lg(f)

电化学阻抗谱EIS基础等效电路拟合及案例分析

电化学阻抗谱EIS基础等效电路拟合及案例分析

tan
Z Z'
''
虚部Z''
(Z',Z'')
|Z|
实部Z'
7
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。
2020/12/1
4
2.2 EIS测量的前提条件
1. 因果性条件(causality):输出的响应信号只是由输入的 扰动信号引起的的。
2. 线性条件(linearity): 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。
弦波频率的变化,或者是阻抗的相位角随的变化。
2020/12/1
8
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。

电化学交流阻抗拟合原理与方法

电化学交流阻抗拟合原理与方法

电化学交流阻抗拟合原理与方法电化学交流阻抗(Electrochemical impedance spectroscopy,EIS)是用于表征电化学过程的一种重要技术手段。

通过测量交流信号在电化学系统中的响应,可以得到阻抗谱,从而分析电化学界面的电化学过程、电极反应机理、电子传递速率、电荷传递过程等一系列信息。

在进行电化学交流阻抗拟合之前,首先需要进行实验测量,得到频率范围内的电流和电压响应。

然后将被测系统建模为一种基于等效电路的结构,常见的包括Randles电路、Warburg电路等。

接下来,通过适当的拟合算法,将实验数据与模型进行匹配。

在电化学交流阻抗拟合方法中,最常用的是最小二乘法(Least Squares Method)。

该方法通过最小化实验数据与数学模型之间的残差平方和,来确定模型参数的最优估计。

另外,也有一些基于统计学的拟合方法,如贝叶斯方法和蒙特卡洛方法等。

这些方法通过引入先验信息,对模型参数进行推断和估计,具有更高的估计精度和可靠性。

在实际拟合过程中,一般根据具体的电化学系统和问题,选择合适的模型。

常用的电化学反应包括双电层电容、电极材料的电化学反应、离子迁移等。

而常用的拟合模型则包括RC电路、RL电路、Randles电路等。

将实验数据与拟合模型进行匹配,可以得到模型参数,从而获得电化学系统的详细信息。

此外,在进行电化学交流阻抗拟合时,还需要注意选择合适的频率范围和测量条件,以保证测量数据的准确性和可靠性。

同时,也需要注意模型选择的合理性和拟合结果的解释,避免过度拟合或欠拟合的问题。

综上所述,电化学交流阻抗拟合是一种用于分析电化学界面的重要方法。

通过适当的建模和拟合算法,可以得到电化学系统的动力学特性和电荷传递过程等一系列信息,为电化学研究和应用提供有价值的参考。

我见过最好的EIS干货秒懂交流阻抗谱原理和分析拟合技能

我见过最好的EIS干货秒懂交流阻抗谱原理和分析拟合技能

我见过最好的EIS干货秒懂交流阻抗谱原理和分析拟合技能标题:EIS干货:交流阻抗谱原理与分析拟合技能的全面解析导语:电化学阻抗谱(EIS)是一种重要的电化学测试技术,广泛应用于材料表征和电化学过程研究领域。

本文将详细介绍EIS的原理和分析拟合技能,帮助读者深入理解和掌握这一技术。

全文约1200字。

第一部分:EIS原理解析(600字)1.电化学阻抗谱的基本概念(100字)介绍什么是电化学阻抗谱,它是通过在被测系统中加入一个小的交流电信号,并测量系统响应来获取的电化学信息。

2.EIS的基本原理(200字)解释电化学阻抗谱的成因,包括电解质溶液的离子传导、电极表面的电荷传递以及电化学反应过程等;同时介绍电化学阻抗谱的两个主要成分,电容和电阻。

3.EIS实验装置与参数(300字)详细介绍EIS实验装置的组成和工作原理,包括交流信号源、参比电极、工作电极、参比电解池等;同时讨论实验参数的选取与优化,如频率范围、扫描速率等。

第二部分:EIS分析拟合技巧(600字)1.数据处理与拟合方法(200字)介绍EIS数据处理的基本步骤,包括幅频响应曲线和相频响应曲线的绘制;并详细介绍常用的拟合方法,如等效电路拟合、带限法等,并指导读者如何选择合适的拟合方法。

2.等效电路模型介绍(200字)列举常见的等效电路模型,如Randles等效电路、Warburg电路模型等,并解释它们的物理意义和适用范围;同时分享选择合适的等效电路模型的经验和技巧。

3.拟合结果的解读与分析(200字)指导读者如何解读拟合结果,如提取等效电路模型的参数、计算电化学过程的动力学参数等;同时讨论结果的可靠性评价和误差分析方法。

结语:EIS是一项重要且复杂的测试技术,但通过对其原理和拟合技能的深入理解和掌握,我们可以更准确地分析和解释电化学过程。

通过本文的系统介绍和详细解析,相信读者对EIS的理解和应用能够得到显著提升。

【小技巧】电化学交流阻抗数据拟合你会吗?

【小技巧】电化学交流阻抗数据拟合你会吗?

【小技巧】电化学交流阻抗数据拟合你会吗?
交流阻抗是电化学中很重要的一种测试方法,对电化学反应机理的探索和研究有很多帮助。

很多人虽然会测试,但是对交流阻抗数据的处理尤其是对数据拟合不是很清楚,今天小编为大家推荐的是用Nova2.1软件拟合交流阻抗数据,希望可以帮助大家。

教程由AOTOLAB的王岩工程师提供,感谢他对萤火的支持。

让我们一起开始今天的学习吧。

交流阻抗拟合的技巧介绍到这里,再次感谢王岩工程师的精彩内容,期待更多优质的内容。

技巧虽小,却能帮助很多科研人,解决一时之需;荧光虽弱,慢慢汇聚亦能照亮科研之路。

如果你也有一些小技巧,小经验,请积极给我们投稿,我们会第一时间向大家推送的。

爱分享,爱科研的小伙伴可以加入萤火科研资源共享群,群号:583538165。

汇聚萤火之光,照亮科研之路。

这一期的数据是由aotolab测试得到的数据,其实其他工作站测试得到的数据同样可以经过转化后用Nova软件进行拟合,下一期小编带您学习如何转换数据,敬请期待。

电化学交流阻抗测试方法课件

电化学交流阻抗测试方法课件
电化学交流阻抗测试 方法课件
目 录
• 电化学交流阻抗测试简介 • 电化学交流阻抗测试方法 • 电化学交流阻抗测试影响因素 • 电化学交流阻抗测试结果解读 • 电化学交流阻抗测试案例分析
contents
01
电化学交流阻抗测试简 介
CHAPTER
测试目的与意义
测试原理简述
基于交流电信号的施加,测量 系统的响应电压或电流信号
温度的升高会提高离子的迁移率和扩 散系数,从而影响阻抗测试结果。因 此,在测试过程中需要保持恒定的温 度。
温度和压力的波动会影响阻抗测试结 果的稳定性,因此需要使用高精度的 温度和压力控制系统来确保测试结果 的准确性。
压力影响
压力的变化会影响气体的溶解度和扩 散系数,从而影响阻抗测试结果。因 此,在测试过程中需要保持恒定的压 力。
04
电化学交流阻抗测试结 果解 读
CHAPTER
阻抗谱图的解读
阻抗谱图的基本组成 阻抗谱图的解读方法 常见的阻抗谱图分析方法
电极过程动力学分析
电极过程动力学模型
1
电极过程动力学参数的获取
2
电极过程动力学分析的意义
3
电极反应动力学参数的获取
电极反应动力学参数的测量 电极反应动力学参数的意义 电极反应动力学参数的应用
测试步骤与操作
准备测试溶液和电极

连接测试设备
设定测试参数 开始测试
测试数据处理与分析
数据处理
数据分析
03
电化学交流阻抗测试影 响因素
CHAPTER
电极材料的影响
01
02
03
电极材料性质
电极反应动力学
电极表面粗糙度
电解质溶液的影响

电化学测量中的交流阻抗法

电化学测量中的交流阻抗法

电化学测量中的交流阻抗法
交流阻抗法(AC Impedance Method)是一种常用的电化学技术,它可
以应用于实验室和生产现场,用于测量电解质溶液中各种不同溶质的
浓度,以及各种环境因素影响溶液用电化学反应状况的评估。

一、原理
交流阻抗法是以电解质溶液为介质,使用电池、恒定电流发生器或放
大器等装置,在恒定电流或不同频率的振荡电压、频率的振荡电流下,探测溶液的受激和非受激反应产生的电压,施加信号,从而测量介质
的阻抗。

二、应用
1. 深度矿藏的精确监测:交流阻抗法可以用于深度矿藏的精确检测,
用于实时监测含水率、盐分、PH值等参数,以使矿藏安全及质量维持
在正常范围之内;
2. 电化学反应比较:可以用于不同电极及不同条件下的电化学反应进
行比较分析;
3. 电解液浓度监控:可以用于电解液浓度的监控,通过电压变化确定
浓度升降、电解质溶质含量及电解液污染程度;
4. 其他:还可以用于细菌发酵、水体污染的检测等。

三、优点
1. 交流阻抗测量时间短,可以实现快速测量;
2. 交流阻抗法有利于准确定量测量不同溶质的含量;
3. 交流阻抗法可使电化学反应上游和电子过程有机结合,更加真实反
映实际情况;
4. 测量手段灵活多样,可以结合PC机实现远程测量。

四、缺点
1. 由于溶液阻抗动态变化较大,模拟信号传输中存在电尘及其他杂波等,影响测量数据的准确性;
2. 尚不具备处理复杂的环境噪声的能力;
3. 需要安装多种复杂的仪器设备,测量成本较高,基础设施投入较大,且研究方向分散;
4. 对测量环境温度及温度变化有一定影响,需要采取温度控制措施。

电化学交流阻抗测量原理

电化学交流阻抗测量原理
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
WE
Cdl
Ru
Ref
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
电化学交流阻抗谱图解析
根据测量得到的EIS谱图,确定等效电路。 根据已建立的等效电路,设置各个元件的参数值。 应用等效电路拟合软件,自动调整各个元件的参数值, 使得等效电路的EIS谱图与测量的EIS谱图逐渐逼 近,直到满足拟合软件所控制的误差条件 为止。 可用拟合软件查看在频率坐标范围内的拟合误差分 布图、各个元件的影响频谱图、预测阻抗等效 电路在更低频率或更高频率范围内的变化趋势。
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
M
Y
G=Y/X
欧姆定律:E(电压)= I(电流)× Z(阻抗)
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/(σA); 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

锂电池交流阻抗谱测试和拟合

锂电池交流阻抗谱测试和拟合

锂离子电池交流阻抗测试交流阻抗谱(EIS)对于研究锂离子电池系统有非常多的优点。

通过一张EIS谱图可以获得电池的欧姆阻抗(Rs),界面层(SEI),电荷转移反应(Rct)和扩散过程(W)的阻抗信息。

EIS测量过程中不需要对电池进行拆解,这样避免了环境条件对电池材料的影响,并且可以在电池的工作状态下进行测量。

本应用报告将对使用交流阻抗对锂电池进行测试及拟合的过程进行详细描述。

1.设备:所有Zahner的电化学工作站都具有交流阻抗的测试功能2.连接:采用四电极连接方式,分别把工作电极黑色引线(WE power)和工作测试电极蓝色引线(WE sense)连接到电池的正极(+),把对电极红色引线(CE)和参比电极绿色引线(RE)连接到电池的负极(-).3.连接后,选中EIS测试方法EIS potentiostatic 或EIS galvanostatic后,Online Display窗口会自动显示电池开路电压(cell Voltage), 检查其是否正确和稳定,如果发现异常,仔细检查连接是否正确。

Online display可以实时显示电池开路电位(Cell voltage)4.测试设置:这里注意的是测试方法的选定,通常有电压扰动(EIS potentiostatic)和电流扰动(EIS galvanostatic)两种方法,两种方法测试结果相同。

选择电压扰动(EIS potentiostatic方法时,要根据欧姆定律,估计一下得到的电流是否会超出仪器的最大量程。

例如:内阻大约为1mΩ,施加5mV电压扰动,峰值电流就会达到5A。

这样的电流就超出了仪器的量程,测试就不能进行,严重的话可能会损坏硬件,同时大电流也影响到电池的SOC,测试结果也会受到影响。

所以为了安全,当电池的内阻非常小时,例如在100mΩ以下,建议使用电流扰动EIS 方法(EIS galvanostatic)。

一般是扣式电池用电压扰动,动力电池用电流扰动。

电化学阻抗谱EIS基础、等效电路、拟合及案例分析全文编辑修改

电化学阻抗谱EIS基础、等效电路、拟合及案例分析全文编辑修改
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。
*
log|Z|
/ deg
Bode plot
Nyquist plot
高频区
低频区
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。
*
Nyquist 图上为圆心为 (R/2,0), 半径为R/2半的半圆
浚俳楝爪牍堙甾眙倥缇噤臌傈髋幺涩鼎咆谑盎腐癍啬
2.1.6 电组R和电感L串联的RL电路
忮魂产柯枫呆鸟蹂锃舌尔夹丽澍遛翟土粕余阔
2.1.7 电组R和电感L并联的RL电路
结论: 串联组成的复合元件,其频率响应在阻抗复平面上表现为一条与虚轴平行的直线; 并联组成的复合元件,其频率响应在阻抗复平面上表现为一个半圆。
(2)高频极限。当足够高时,含-1/2项可忽略,于是:
电荷传递过程为控制步骤时等效电路的阻抗
Nyquist 图为半圆
犀二冰毁窍峙秫塾螺土燃襟比介经班迕痛攻碡骅甯稚樯泫及阀簿畴嚷抛晴休垡勇苫溺蒎映扒婿忽诺醵蟀貊辰卤
*
电极过程由电荷传递和扩散过程共同控制时,其Nyquist图是由高频区的一个半圆和低频区的一条45度的直线构成。
*
电化学阻抗谱
绌鸩钊鹿葡秧册瞑娓赶杭判氕明倔梳吓拐涂阴幻趔篙芮俄銮限猞挝趴柚栅囵胳旎驳楚纫铙菝碣便穸故等效电路
2
案例分析
4
EIS的拟合
3
*
1 电化学阻抗谱导论
1.1 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()。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。

电化学交流阻抗拟合原理与方法

电化学交流阻抗拟合原理与方法
电化学交流阻抗拟合原理与方法
复数表示法
(1)坐标表示法 Z Z'2Z''2co Zs'siZ n''
(2)三角表示法 Z Z ' jZ '' Z c o s jZ s in
(3)指数表示法 Z Z ej
复数的运算法则
加减 ( a j b ) ( c j d ) ( a c ) j ( b d )
Imt
sin(t
)
2
ULeLIm Lsin(t2) =j Im ωL sin(ωt)
Z jL
电感两端的电压与流经的电流是同频 率的正弦量,但在相位上电压比电流 超前 2
V
L IV
t
电化学交流阻抗拟合原理与方法
(3)纯电容元件
UCUmsint
Q=CU
I
dQ dt
d(CU) dt
C d dt
(Umsint)
UmCcost
Im
sin(t
)
2
=j
Im
sin(ωt)
Z() 1 j 1 jC C
电容器的两端的电压和流经的电流是 同频率的正弦量,只是电流在相位上
比电压超前 2
V
||
C VI
t
电化学交流阻抗拟合原理与方法
2 复阻抗的概念
复阻抗Z是电路元件对电流的阻碍作用和移相作用的反映。
(1)复阻抗的串联
1
1
电化学交流阻抗拟合原理与方法
引言
定义
G
X
Y
G=Y/X
对于一个稳定的线性系统M,如以一个角频 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),此时电 极系统的频响函数G就是电化学阻抗。

易懂的交流阻抗谱原理和分析拟合技能

易懂的交流阻抗谱原理和分析拟合技能

易懂的交流阻抗谱原理和分析拟合技能电化学阻抗谱是一种相对来说比较新的电化学测量技术,它的发展历史不长,但是发展很迅速,目前已经越来越多地应用于电池、燃料电池以及腐蚀与防护等电化学领域。

电化学阻抗谱的设计基础是给电化学系统施加一个扰动电信号,然后来观测系统的响应,利用响应电信号分析系统的电化学性质。

所不同的是,EIS给电化学系统施加的扰动电信号不是直流电势或电流,而是一个频率不同的小振幅的交流正弦电势波,测量的响应信号也不是直流电流或电势随时间的变化,而是交流电势与电流信号的比值,通常称之为系统的阻抗,随正弦波频率w的变化,或者是阻抗的相位角随频率的变化。

将电化学阻抗谱技术进一步延伸,在施加小幅正弦电势波的同时,还伴随一个线性扫描的电势,这种技术称之为交流伏安法。

由于扰动电信号是交流信号,所以电化学阻抗谱也叫做交流阻抗谱。

下面我们来介绍有关电化学阻抗谱的一些基础知识和基本概念。

首先来看电化学系统的交流阻抗的含义。

如果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。

如果施加扰动信号X为角频率为w的正弦波电流信号,则输出响应信号Y即为角频率也为w的正弦电势信号,此时,传输函数G(w)也是频率的函数,成为频率响应函数(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。

阻抗和导纳我们将其统称为阻纳(immittance), 用G表示。

阻抗和导纳互为倒数关系。

阻纳是一个随角频率w变化的矢量,通常用角频率w(或一般频率f)的复变函数来表示。

因为阻抗为矢量,在坐标体系上表示一个矢量时,通常以实部为横轴,虚部为纵轴,如这个图所示。

从原点到某一点(z‘,z’’)处的矢量长度即为阻抗Z的模值,角度f为阻抗的相位角。

电化学阻抗技术就是测定不同频率w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、虚部、模值和相位角,然后将这些量绘制成各种形式的曲线,就得到电化学阻抗谱,常用的电化学阻抗谱有两种:一种叫做奈奎斯特图(Nyquist plot),一种叫做波特图(Bode plot)。

精品电化学阻抗谱EIS基础、等效电路、拟合及案例分析.ppt

精品电化学阻抗谱EIS基础、等效电路、拟合及案例分析.ppt

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 nFi0
演示课件
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。
Cd R
Rct
1
Z
等效电路的阻抗:
R
jCd
1 Rct
演示课件
Z=
j
实部: 虚部:
Z ZRe jZ Im
消去,整理得:
圆心为
(R
Rct 2
,
0)
半径为
Rct 2
圆的方程
演示课件
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
在固体电极的EIS测量中发现,曲线总是或多或少的 偏离半圆轨迹,而表现为一段圆弧,被称为容抗弧, 这种现象被称为“弥散效应”,原因一般认为同电极 表面的不均匀性、电极表面的吸附层及溶液导电性差 有关,它反映了电极双电层偏离理想电容的性质。
演示课件
常相位角元件
常相位角元件(Constant Phase Element, CPE)具有电 容性质,它的等效元件用Q表示,Q与频率无关,因而称 为常相位角元件。
稳定
演示课件
不稳定
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

交流阻抗的拟合误差

交流阻抗的拟合误差

交流阻抗的拟合误差
拟合误差的大小可以反映拟合模型与实际电路的匹配程度,从
而评估拟合模型的准确性和适用性。

通常情况下,拟合误差越小,
说明拟合模型越能够准确地描述实际电路的特性,反之则说明拟合
模型存在较大的偏差。

拟合误差的计算可以采用各种统计方法,例如最小二乘法、最
小绝对误差法等。

通过这些方法可以得到拟合曲线与实际数据之间
的残差,并进一步计算出拟合误差的大小。

此外,还可以使用均方
根误差(RMSE)或平均绝对误差(MAE)等指标来评估拟合误差的大小。

在实际工程中,了解拟合误差的大小对于评估电路模型的准确
性和可靠性至关重要。

如果拟合误差较大,可能需要重新调整拟合
模型或者进行更精确的测量,以提高模型的准确性和可靠性。

因此,对交流阻抗的拟合误差进行全面的分析和评估,对于确保电路设计
和性能分析的准确性具有重要意义。

易懂的交流阻抗谱原理和分析拟合技能

易懂的交流阻抗谱原理和分析拟合技能

易懂的交流阻抗谱原理和分析拟合技能电化学阻抗谱是一种相对来说比较新的电化学测量技术,它的发展历史不长,但是发展很迅速,目前已经越来越多地应用于电池、燃料电池以及腐蚀与防护等电化学领域。

电化学阻抗谱的设计基础是给电化学系统施加一个扰动电信号,然后来观测系统的响应,利用响应电信号分析系统的电化学性质。

所不同的是,EIS给电化学系统施加的扰动电信号不是直流电势或电流,而是一个频率不同的小振幅的交流正弦电势波,测量的响应信号也不是直流电流或电势随时间的变化,而是交流电势与电流信号的比值,通常称之为系统的阻抗,随正弦波频率w的变化,或者是阻抗的相位角随频率的变化。

将电化学阻抗谱技术进一步延伸,在施加小幅正弦电势波的同时,还伴随一个线性扫描的电势,这种技术称之为交流伏安法。

由于扰动电信号是交流信号,所以电化学阻抗谱也叫做交流阻抗谱。

下面我们来介绍有关电化学阻抗谱的一些基础知识和基本概念。

首先来看电化学系统的交流阻抗的含义。

如果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。

如果施加扰动信号X为角频率为w的正弦波电流信号,则输出响应信号Y即为角频率也为w的正弦电势信号,此时,传输函数G(w)也是频率的函数,成为频率响应函数(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。

阻抗和导纳我们将其统称为阻纳(immittance), 用G表示。

阻抗和导纳互为倒数关系。

阻纳是一个随角频率w变化的矢量,通常用角频率w(或一般频率f)的复变函数来表示。

因为阻抗为矢量,在坐标体系上表示一个矢量时,通常以实部为横轴,虚部为纵轴,如这个图所示。

从原点到某一点(z‘,z’’)处的矢量长度即为阻抗Z的模值,角度f为阻抗的相位角。

电化学阻抗技术就是测定不同频率w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、虚部、模值和相位角,然后将这些量绘制成各种形式的曲线,就得到电化学阻抗谱,常用的电化学阻抗谱有两种:一种叫做奈奎斯特图(Nyquist plot),一种叫做波特图(Bode plot)。

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ͩ ͩ ͪͪ
͑1−␣͒ ␦␳␦
−1
͓3͔
where the parameters ␳0 and ␳␦ are the boundary values of resistivity at the interfaces, to show that, for ␻ Ͻ ͑ ␳␦⑀⑀0͒−1, an analytic expression for the impedance could be obtained as Z f͑ ␻ ͒ = g where
−1 ͑␣−1͒/␣ CB = Q1/␣͑R−1 e + Rt ͒
normal time-constant distributions may be caused by distributions of resistivity and/or dielectric constant. Hirschorn et al.4 used a powerlaw distribution of resistivity ␳␦ ␥ ␳␦ ␳ = + 1− ␰ ␳␦ ␳0 ␳0
␣ ͑␳−1 0 + j ␻⑀⑀0͒
͓1͔
͓4͔
developed by Brug et al.1 or CHM =
͑1−␣͒/␣ Q 1/␣R f
͓2͔
presented by Hsu and Mansfeld.2 The parameters Re and Rt in Eq. 1 represent the Ohmic and charge-transfer resistances, respectively, and the parameter Rf in Eq. 2 represents the film resistance. The subscripts B and HM refer to the authors of the respective papers. Often, the capacitance values obtained are used to estimate the thickness of dielectric layers. Recently, Hirschorn et al.3 associated these expressions unambiguously with either surface or normal time-constant distributions and demonstrated the importance of using the correct formula that corresponds to a given type of distribution. Limitations of Eq. 2 for predicting layer thickness were discussed. For a blocking system, where the film resistance is infinite, Eq. 2 cannot be used as it would yield an infinite capacitance. When the distribution of physical properties is broad, Eq. 2 may yield an inaccurate estimate of capacitance. Their work demonstrated the importance of developing physically reasonable models that can result in CPE behavior. Normal distributions of time-constants can be expected in systems such as oxide films, organic coatings, and human skin. Such
II. Applications
Bryan Hirschorn,a,* Mark E. Orazem,a,**,z Bernard Tribollet,b,** Vincent Vivier,b,*** Isabelle Frateur,c and Marco Musianid,***
a b
Department of Chemical Engineering, University of Florida, Gainesville, Florida 32611, USA Laboratoire Interfaces et Systemes Electrochimiques, UPR 15 du CNRS, Université Pierre et Marie Curie, 75252 Paris cedex 05, France c Laboratoire de Physico-Chimie des Surfaces, UMR CNRS-ENSCP 7045, Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris, Chimie ParisTech, 75005 Paris, France d Istituto per l’Energetica e le Interfasi, Consiglio Nazionale delle Ricerche, 35127 Padova, Italy
Deterministic mathematical models for impedance spectroscopy are intended to provide information concerning physical processes such as kinetics, mass transfer, and reaction mechanisms, as well as material properties, such as permittivity and conductivity. The constant-phase element ͑CPE͒ model, which is purely a mathematical description, may adequately represent impedance data, but it gives no insight into the physical processes that yield such a response. However, capacitance values are often extracted from CPE data using such expressions as
A normal power-law distribution of local resistivity with a uniform dielectric constant was found to be consistent with the constant-phase element ͑CPE͒. An analytic expression, based on the power-law resistivity distribution, was found that relates CPE parameters to the physical properties of a film. This expression worked well for such diverse systems as aluminum oxides, oxides on stainless steel, and human skin. Good values for film thickness were obtained, even when previously proposed expressions could not be used or yielded incorrect results. The power-law model yields a CPE impedance behavior in an appropriate frequency range, defined by two characteristic frequencies. Ideal capacitive behavior is seen above the upper characteristic frequency and below the lower characteristic frequency. A symmetric CPE response between the characteristic frequencies can be obtained by adding a parallel resistive pathway. © 2010 The Electrochemical Society. ͓DOI: 10.1149/1.3499565͔ All rights reserved. Manuscript submitted June 1, 2010; revised manuscript received September 21, 2010. Published October 25, 2010. This was paper 884 presented at the Vancouver Canada Meeting of the Society April 25–30, 2010.
C458
Journal of The Electrochemical Society, 157 ͑12͒ C458-C463 ͑2010͒
0013-4651/2010/157͑12͒/C458/6/$28.00 © The Electrochemical Se-Element Behavior Caused by Resistivity Distributions in Films
␣=
␥−1 ␥
͓5͔
The function g was evaluated numerically and could be expressed as g = 1 + 2.88͑1 − ␣͒2.375 ͓6͔
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