电化学阻抗谱
电化学阻抗谱课件
电 化 学 阻 抗 谱 (Electrochemical Impedance Spectroscopy，简写为 EIS)，早期的电化 学文献中称为交流阻抗(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。
电化学阻抗谱
数据处理的途径
阻抗谱的数据处理有两种不同的途径： • 依据已知等效电路模型或数学模型的数据
处理途径 • 从阻纳数据求等效电路的数据处理途径
电化学阻抗谱
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，
5. 若在右括号后紧接着有 一个左括号与之相邻， 则在右括号中的复合元 件的级别与后面左括号 的复合元件的级别相同。 这两个复合元件是并联 还是串联，决定于这两 个复合元件的CDC是放 在奇数级还是偶数级的 括号中。
电化学阻抗谱
计算等效电路阻纳
根据上述５条规则，可以写出等效电路的电路 描述码（CDC），就可以计算出整个电路的阻 纳。
电化学阻抗谱
拟合过程主要思想如下 ：
假设我们能够对于各参量分别初步确定一个近似 值C0k , k = 1, 2, …, m，把它们作为拟合过程的初 始值。令初始值与真值之间的差值 C0k – Ck ＝ k, k = 1, 2, …, m， 于是根据泰勒展开定理可将Gi 围绕C0k , k = 1, 2, …, m 展开,我们假定各初始值C0k与其真值非常 接近，亦即，k非常小 (k = 1, 2, …, m)， 因此可 以忽略式中 k 的高次项而将Gi近似地表达为 ：
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 验有测随量机数误据差符，合不得能最从好测。量由值于直测接量计值算g出i (im=个1,参2,…量,，n) 而只能得到它们的最佳估计值。
电化学阻抗谱参数设置
电化学阻抗谱参数设置电化学阻抗谱参数设置1. 引言电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)是一种广泛应用于材料科学、电池技术、腐蚀研究等领域的电化学测试方法。
EIS通过对测试物体施加小振幅交流电信号并测量其响应，得到频率范围内材料或电池的等效电路参数，进而可以推断材料的电化学特性、离子传输过程以及电池的性能状态等信息。
2. 基本原理EIS的基本原理是利用交流电信号对电化学系统进行激励，通过测量响应电流与激励电压之间的相位差和幅值来确定系统的阻抗。
电化学系统的阻抗由电解液、电极表面和界面上的电荷传输、离子传输、质量传输等过程共同贡献。
3. 测试仪器和电化学接口EIS测试通常需要使用电化学工作站或电化学测量系统，该系统通常包括频率响应分析器(Frequency Response Analyzer, FRA)、电位电流源(电化学接口)和计算机控制及数据处理软件。
3.1 频率响应分析器频率响应分析器是EIS测试的核心设备，它能够产生某一频率范围内的交流电信号，并测量电化学系统对这些信号的响应。
常见的频率响应分析器包括Lock-in放大器、扫频信号发生器、数字信号处理器等。
3.2 电位电流源电位电流源是电化学接口的核心部分，它主要用于控制电化学系统的电位和电流，使系统处于不同的工作状态。
常见的电位电流源有电化学工作站和电化学调谐器。
4. EIS测试参数设置4.1 交流电信号振幅交流电信号振幅应该足够小，以确保电化学系统处于线性响应区，同时又要保证信号不至于过于微弱，避免噪声干扰的影响。
通常，可以设置交流电信号振幅为电化学系统的开路电位的10倍以下，即Ua<0.1ER，其中Ua为交流电信号振幅，ER为开路电位。
4.2 频率范围选择EIS测试通常需要在较宽的频率范围内进行，从低频到高频逐渐增加。
低频范围可选择0.01 Hz至0.1 Hz，用于测量材料或电池的电化学界面及离子传输等慢速过程；中频范围可选择1 Hz至10 kHz，用于测量质量传输等中速过程；高频范围可选择10 kHz至1 MHz，用于测量电解液电导率等快速过程。
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。
总之，电化学阻抗谱利用交流电信号的频域响应，研究了电化学反应界面的复杂动力学过程和界面特性。
通过测量和分析阻抗谱图，可以获得样品的电阻、电容等信息，深入了解电化学反应机制和界面特性，为电化学研究和应用提供重要的技术支持。
电化学阻抗谱和阻抗谱的区别
电化学阻抗谱和阻抗谱的区别
电化学阻抗谱（EIS）和阻抗谱是在电化学和材料科学领域中常用的两种测试方法，它们在一定程度上有所相似，但也有一些明显的区别。
首先，电化学阻抗谱是一种电化学测试方法，用于研究电化学系统的动力学特性。
它通过在系统中施加交变电压或电流，并测量系统的响应来研究系统的电化学特性。
而阻抗谱则是一种广泛应用于材料科学和电路分析中的测试方法，用于研究材料或电路的复阻抗特性。
其次，电化学阻抗谱主要用于研究电化学界面的动力学过程，比如电极表面的电荷传输、电解质扩散等。
它通常用于研究电池、腐蚀、电化学传感器等领域。
而阻抗谱则更广泛地应用于材料的电学特性、电路的频率响应等方面。
另外，从测试原理上来说，电化学阻抗谱通常是在电化学系统中施加交变电压或电流，然后测量系统的阻抗响应，得到阻抗频谱图。
而阻抗谱则可以通过在材料或电路中施加交变电压或电流，然后测量相应的电压和电流，得到阻抗频谱图。
总的来说，电化学阻抗谱和阻抗谱在测试对象、应用领域和测试原理上有一些区别，但它们都是非常重要的测试方法，对于研究材料和电化学系统的特性具有重要意义。
希望这些信息能够帮助你更好地理解它们之间的区别。
电化学阻抗谱实部虚部
电化学阻抗谱实部虚部一、引言电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy，简称EIS）是一种研究电化学系统的有力工具，通过测量系统的阻抗特性来深入了解其电化学行为。
EIS的结果通常以阻抗谱的形式表示，其中包括实部（Real Part）和虚部（Imaginary Part）。
实部和虚部是复数平面上的两个组成部分，用于描述阻抗的大小和相位角。
本文将对电化学阻抗谱的实部和虚部进行详细的介绍和讨论。
二、EIS实部：电阻行为研究EIS实部表示了阻抗的大小，通常用于研究电极表面的电阻行为。
实部的大小与电极表面的电子传输和离子扩散有关，通过分析实部的值，可以得到电极表面的电阻大小。
在EIS谱图中，实部表现为与频率无关的常数或与频率成反比的直线。
对于简单的电极系统，实部通常表现为与时间常数相一致的斜线。
对于复杂的电极系统，实部可能表现为多个斜线的组合。
通过分析这些斜线，可以得到电极表面的电子传输和离子扩散的速率常数。
这些参数对于了解电极表面的反应动力学和传输性质具有重要的意义。
三、EIS虚部：电容行为研究EIS虚部表示了阻抗的相位角，通常用于研究电极表面的电容行为。
虚部的大小与电极表面的电荷储存和电场分布有关，通过分析虚部的值，可以得到电极表面的电容大小。
在EIS谱图中，虚部表现为与频率成正比的直线。
对于简单的电极系统，虚部通常表现为与时间常数相一致的斜线。
对于复杂的电极系统，虚部可能表现为多个斜线的组合。
通过分析这些斜线，可以得到电极表面的电荷储存和电场分布的特性。
这些参数对于了解电极表面的反应动力学和传输性质具有重要的意义。
四、影响因素与数据分析方法在EIS测量中，影响因素主要包括电极表面的电化学反应、离子扩散、双电层电容等。
这些因素会影响阻抗的大小和相位角，从而影响EIS谱图的形状。
为了准确地解释EIS谱图，需要采用合适的数据分析方法。
常用的数据分析方法包括等效电路拟合、频域分析和时域分析等。
电化学阻抗谱 欧瑞姆 pdf
电化学阻抗谱欧瑞姆 pdf
电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）是一种用于研究电化学系统的技术和方法。
它通过在电化学系统中施加交流电信号，并测量系统的响应来获得关于系统电化学特性的信息。
EIS广泛应用于电化学领域，如电池、腐蚀、电解、电化学传感器等。
欧姆定律是电学的基本定律之一，它描述了电流、电压和电阻之间的关系。
根据欧姆定律，电流等于电压除以电阻。
在电化学阻抗谱中，欧姆电阻是指电化学系统中的纯电阻成分，它表示了电流通过电解质溶液或电极界面时的阻力。
电化学阻抗谱通常以图形的形式呈现，其中横轴表示频率或角频率，纵轴表示阻抗大小。
通过分析电化学阻抗谱图形的特征，可以得到有关电化学系统的信息，如电解质溶液的电导率、电极界面的电荷转移过程、电极表面的反应速率等。
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法和应用案例等方面的信息。
总结起来，电化学阻抗谱是一种研究电化学系统的技术，通过测量系统的响应来获取有关电化学特性的信息。
欧姆定律是电学的基本定律之一，描述了电流、电压和电阻之间的关系。
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电化学阻抗谱简介 (EIS)
如何测量得到EIS?
• 装置简图
Lock-in amplifier (EG&G, M5210).
• 相应的操作软件
Potentiostat (EG&G, M273)
EIS测量结果的表达形式
• Y = G()X G()为阻抗或者导纳，总称阻纳。它是一个随频率变化的矢 量，用变量为f或其角频率为的复变函数表示，可记为： G() ＝ G’() ＋jG’’() 若G为阻抗，则有Z() ＝ Z’() ＋jZ’’() 相位角＝arctg(-Z’’/Z’)
电极系统
角频率为
正弦波信号Y
Y = G()X
电位或者电流
G()为阻抗或者导纳
在一系列下测得的一组这种频响函数值就是电极系统的EIS，即G()～
曹楚南、张鉴清著，《电化学阻抗谱导论》，2002年
EIS测量有哪些特点?
• 以小幅值的正弦波对称的围绕稳定电位极化，不会引起 严重的瞬间浓度变化及表面变化。
弥散效应：固体电极的电双层电容的频响特性与“纯电容
”
并不一致，而有或大或小的偏离的现象。
ZQ
1 Y0
(
j ) n
0< n <1
曹楚南、张鉴清著，《电化学阻抗谱导论》，2002年
在染料敏化电池 （DSC）中的应用
• 用于电导测定 • 过程研究 • 电池稳定性测试 • 电场分布及表面态能量分布 • ……
• Type transformation in CuInSe2 and CuInS2 solar cells is an important issue with far reaching consequences.
eis电化学阻抗谱 高频区
eis电化学阻抗谱高频区电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)是一种非常强大的电化学技术，用于研究电极与电解质界面的电化学特性。
EIS通过测量电化学系统的频率响应，可以提供关于电极界面中传质、电荷转移和电化学反应过程的详细信息。
本文将对EIS的原理、测量方法、数据分析和应用进行详细介绍。
1. 电化学阻抗谱原理在电化学系统中，电极与电解质界面会形成一个电荷分布层，这称为电极双层。
电极双层起到了电化学反应的催化剂和限制因素的作用。
通过在这个界面施加外加电势，并测量响应电流的频率依赖性，我们可以获得电化学阻抗谱。
EIS测量的核心是将电化学系统暴露在一系列正弦交流电位信号下，测量相应的交流电流。
在不同的频率下，电荷的传输方式和速率会改变，从而导致电流响应发生变化。
通过测量交流电流和电位的相位差，我们可以得到电极界面的阻抗大小和相位，进而理解电化学反应的动力学和传输特性。
2. 电化学阻抗测量方法EIS测量通常在三电极系统中进行，其中包括一个工作电极、参比电极和对电极。
工作电极是我们感兴趣的电极，参比电极提供一个稳定的电位作为参考，对电极用于平衡电解质中的氧气和电子流。
在测量中，施加一个频率可调的正弦交流电位在工作电极和参比电极之间，然后测量响应的电流。
为了准确测量电流响应，还需要确保输入电信号的精确性和稳定性。
常见的测量方法包括交流电压法和直流电压法。
在交流电压法中，输入正弦信号的幅值通常很小，以保证系统处于线性响应区域。
而在直流电压法中，通过施加外加电压并测量电流响应的变化来研究电极界面的非线性行为。
3. 电化学阻抗谱数据分析电化学阻抗谱通常用Nyquist图和Bode图表示。
Nyquist图以实数和虚数部分绘制电极阻抗的矢量，由电化学系统的阻抗和电容分量组成。
线性等效电路模型通常使用电极阻抗（R)和电极电容（C)来描述电化学反应。
由于Nyquist图是一个等效电路模型的投影，因此我们可以从图中估计电极系统的R和C 值。
电化学阻抗谱的工作原理
电化学阻抗谱的工作原理电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）是一种非破坏性测试方法，可用于研究电化学反应、电解质界面和固体电解质界面的性质、反应动力学等方面。
该技术应用广泛，在材料科学、化学、生物学、环境科学等领域均有应用。
本篇文章将阐述电化学阻抗谱的工作原理及其在各个领域的应用。
一、电化学阻抗谱的工作原理电化学阻抗谱是基于交流（AC）电压信号来获得电化学信息的一种技术。
它可以测量电解质节点或边界上的电阻和电容，而这些参数反映了电化学反应的机制。
当一个交变电场施加在电化学反应体系中时，电化学反应的性质反映在电化学阻抗谱上。
具体而言，电化学阻抗谱测量电池在交流电信号下的电感、电导和容抗等参数。
通过测量这些参数，可以确定电化学反应过程中的化学参量（如电极表面积、电极材料等）和动力学参数（如电化学反应速率、反应级数等）。
电化学阻抗谱的测试原理是将一个小交变电压的信号加到待测物体上，通过测量物体的电流响应和电势响应来确定物体的电化学阻抗。
电化学阻抗谱的测试装置包括交流电源、电化学反应单元及其相关信号处理设备。
在测试过程中，通过操纵实验条件（如频率、电势等），可得到与电极表面化学和电化学反应相关的信息。
在获得电荷-电压响应曲线后，可以通过复数分析来得到电化学阻抗谱，并进一步分析该图谱的不同区域，获取相应参数以得出实际信息。
电化学阻抗谱的图谱通常以对数频率为横坐标，以电化学阻抗的实部和虚部为纵坐标构成。
虚部代表容抗，实部代表电阻或电化学阻抗。
通过这种方式可以检测到在不同频率下的电化学反应动力学的变化。
二、电化学阻抗谱应用领域1、电池材料与能量储存在电池材料和能量储存领域，电化学阻抗谱用于评估电池材料性能，解析材料内部动态变化等。
例如，可测量材料内部离子迁移和电子传输的有效性，以此提高电池的性能和可靠性。
电化学阻抗谱还可用于评估不同电极、隔膜和电解质材料对电池性能的影响，从而优化电池的设计和生产。
eis电化学阻抗谱 测试方案
eis电化学阻抗谱测试方案电化学阻抗谱（EIS）是一种常见的电化学测试方法，用于研究电化学系统的界面和电荷传递行为。
本文将提供一份完整的方案，介绍EIS测试的原理、仪器设置、样品制备和数据分析等方面，以指导EIS测试的进行。
一、原理介绍EIS测试通过在待测系统中施加一个小振幅的交流电信号，并测量系统的响应，从而得到系统的阻抗谱。
阻抗谱通常由两个坐标轴组成：实部（Z'）和虚部（Z''）。
实部代表系统的电阻部分，虚部代表系统的电容和电感部分。
通过分析阻抗谱的形状和特征频率，可以获得有关系统界面的信息，如电解质电导率、电荷传输过程及界面阻抗等。
二、仪器设置1.电化学工作站：包括电源和数字锁相放大器等。
选择适合实验要求的电源和放大器，保证实验信号的稳定性。
2.电解池：选择适当的电解池，如玻璃池或电化学池，容量要适应样品的尺寸。
3.参考电极：通常选择银/氯化银电极作为参考电极，确保电解质的稳定性。
4.工作电极：根据实验要求选择合适的工作电极，如玻碳电极、金电极等。
5.配套的电极支撑和电解池盖：确保电解池中的电极能够牢固固定，并且有良好的密封性能。
三、样品制备1.清洗和抛光工作电极：将工作电极从电化学池中取出，使用硅砂纸和研磨液进行清洗和抛光，然后用去离子水彻底清洗干净。
2.准备电解质：根据实际需要制备适当浓度的电解质，如盐酸溶液、硝酸溶液等。
使用去离子水稀释后，用电导仪测量电解质的电导率，确保浓度准确。
3.将工作电极插入电解质中，并使用电极支撑进行固定。
确保电极与电解质充分接触，避免气泡和电极脱落。
四、测试步骤1.连接仪器：将电源和数字锁相放大器与电化学工作站连接，确保信号传输畅通。
2.设置实验参数：根据样品的特点和实验要求，设置交流信号的振幅、频率范围和扫描速率等实验参数。
3.执行实验：打开电化学工作站，将工作电极插入电解质中，开始进行阻抗谱测试。
测试时要保持电解池内的电解质充分搅拌，以确保电解质的均匀性。
电化学阻抗谱导论
电化学阻抗谱导论电化学阻抗谱是电化学领域中一种重要的分析技术。
它可以通过测量电化学系统的交流电压和电流响应，获得材料、电极和电解质的电化学特性信息。
该技术已经广泛应用于电化学能源、电化学传感器、腐蚀和材料科学等领域。
本文将从以下几个方面介绍电化学阻抗谱的相关知识。
一、电化学阻抗谱的基本原理电化学阻抗谱是基于交流信号的电化学分析技术。
在电化学系统中，当施加一个正弦电位波形时，系统会产生一个正弦电流响应。
这种响应与电极表面的电化学反应和电解质中离子迁移有关。
通过将电位和电流信号随时间变化的数据转换为复数形式，可以得到电化学阻抗谱。
阻抗谱通常由复阻抗 Z 表示，其中实部表示电化学系统的电阻，虚部表示电化学系统的电容或电感。
二、电化学阻抗谱的测量和分析方法电化学阻抗谱的测量需要使用阻抗谱仪。
阻抗谱仪可以提供精确的正弦电位波形和测量电流的能力，以获得准确的阻抗谱。
在测量之前，需要准备好适当的电极和电解质，并将它们组装成电化学系统。
在测量过程中，可以通过改变施加的电位频率来获得不同频率下的阻抗谱。
通过对阻抗谱进行分析，可以得到电化学系统的电化学特性信息，如电阻、电容、电感、电化学反应速率等。
三、电化学阻抗谱在电化学能源领域中的应用电化学阻抗谱在电化学能源领域中有着广泛的应用。
例如，在锂离子电池中，阻抗谱可以用于研究电极和电解质的电化学特性，以改善电池性能。
在燃料电池中，阻抗谱可以用于评估燃料电池的稳定性和性能。
在太阳能电池中，阻抗谱可以用于研究电极和电解质的界面特性，以提高太阳能电池的效率。
四、电化学阻抗谱在腐蚀领域中的应用电化学阻抗谱在腐蚀领域中也有着广泛的应用。
通过测量腐蚀系统的阻抗谱，可以获得腐蚀速率、电化学反应机理、腐蚀产物的形成等信息。
这些信息可以帮助我们了解腐蚀过程的发生和控制腐蚀速率。
五、电化学阻抗谱在材料科学领域中的应用电化学阻抗谱在材料科学领域中也有着广泛的应用。
通过测量材料的阻抗谱，可以获得材料的电化学特性信息，如电化学反应速率、电极材料的稳定性、电化学界面的特性等。
电化学阻抗谱
电化学阻抗谱电化学阻抗谱技术（ECIS）是一种采用电化学原理的技术，可以用来测量材料、膜和液体的电学行为。
电化学阻抗谱技术在许多方面都有重要用途，包括电化学研究，材料表征和生物技术，以及电化学传感器的测量和设计等。
电化学阻抗谱技术的最大优势是可以快速准确地测量材料或膜的表面阻抗，从而确定材料或膜的性能特点。
在离子通道和膜电极研究中，电化学阻抗谱技术可以提供实际和有意义的信息。
它对采用离子通道结构识别和表征，以及对离子通道和膜电极的机理研究都有重要的价值。
电化学阻抗谱可以为生物医学诊断产品的研制提供增强的信息，并帮助研究人员从膜电极的运行机理中识别出有效的参数。
电化学阻抗谱是电化学研究的重要工具，它使用一组特定的电路参数来描述材料表面或膜的电学性能。
电化学阻抗谱技术可以快速准确地测量电路参数，包括电阻，电容，相位角等。
此外，它还能快速准确地测量材料表面或膜的黏度和/或抗氧化性能，从而检验其可能的应用。
电化学阻抗谱的设备可用于研究膜的结构和电性能，可以帮助研究人员设计出表面结构，配置电子结构和参数，以及研究膜的电性能特性。
电化学阻抗谱技术甚至可以帮助研究人员识别出有效能量参数，以及识别暂缺氧区域。
此外，它还能帮助研究人员确定电化学传感器的最佳参数和工作条件。
电化学阻抗谱技术对膜电极研究也有重要的价值，可以帮助研究人员识别出有效的电压极化曲线，以及测量有效的抗衰老性能参数。
此外，它还可以帮助研究人员识别出电极间的保护性作用，并且确定电极的最佳激活条件。
电化学阻抗谱技术有多种用途，可以为膜电极研究，离子通道表征，电解质传感器研究，生物传感器研究等提供重要的信息。
它可以帮助研究人员准确快速的测量和识别材料表面阻抗、黏度和/或抗氧化性能，并帮助研究人员从膜电极的运行机理中识别出有效的参数。
电化学阻抗谱技术无疑是电化学研究的重要工具，可以为离子通道表征，电解质传感器研究，生物传感器研究等提供重要的信息。
电化学阻抗
法拉弟电流与非法拉弟电流
i i r ic
ir 电化学反应电流或Faraday电流；
每电化当量的电化学反应产生的电量为一个 Faraday即96500C或26.8 Ah，所以称为Faraday电流。
ic 暂态电流，非法拉第电流； 由于双电层电荷的改变引起，其电量不符合Faraday 定律，所以称为非Faraday电流。
欧姆定律
背景及重要意义：
欧姆定律是德国物理学家欧姆于1826年采用实 验的方法得到的。是电路分析中最基本、最重要 的定律之一
基本内容：
U R I
+
U
I R
流过电阻的电流与电阻两端电压成正比。
式中， R 为电路中的电阻，电阻的国际单 位是欧[姆](Ω)。
欧姆定律
正弦交流电经过电子元件时电流与电压的关系
2.法拉第阻抗 Faraday impedance
• Faraday电流：电化学反应电 流，电极上每进行一个独立 电化学反应，就可以用一个 法拉第阻抗ZF表示。 • 法拉第阻抗ZF除了电化学反 应阻抗之外，还包括由物质 本体向电极传输引起的浓差 阻抗- Warburg阻抗，即含电 化学极化和浓差极化两项。
稳定性条件
对电极系统的扰动停止后电极系统能否回复到原先的 状态，与电极系统的内部结构亦即电极过程的动力学
特征有关。一般而言，可逆电极过程稳定性条件比较 容易满足。电极系统在受到扰动时，其内部结构所发 生的变化不大，可以在受到小振幅的扰动之后又回到 原先的状态。 对不可逆电极过程进行测量，近似地满足稳定性条件 很困难的。这种情况在使用频率域的方法进行阻抗测 量时尤为严重，因为用频率域的方法测量阻抗的低频 数据往往很费时间，有时可长达几小时。长时间中电 极系统的表面状态就可能发生较大的变化
电化学阻抗谱
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）随正弦波频率的变化，或者是阻抗
1 电化学阻抗谱发展史 2 电化学阻抗谱的基础 3 电化学阻抗谱的应用
Oliver Heaviside首次将拉普拉斯变换方法应用到电 子电路的瞬态响应，由此开创了阻抗谱的应用先 河。——《The Electrician》（1872年）
—— O. Heaviside, Electrical Papers, volume 1 (New York: MacMillan, 1894).
（1）纯电阻元件
UR Um sin t
V
V
I
I
UR R
Um sin t
R
Im sin t
R
电阻两端的电压与流经电阻的电流是同频同相的正弦交流电
V
（2）纯电感元件
I
I
m
sin t
eL
L
d d
I t
L
d dt
(Im
sin
t)
I
mt
sin(tຫໍສະໝຸດ 2)ULeL
ImL sin(t
2
)
L I
V
t
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
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’、
电化学阻抗谱的原理
电化学阻抗谱的原理电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)是一种表征电化学系统的技术手段，通过对电化学系统进行交流电信号的激励并测量响应，进而分析电化学过程中的电荷转移和质传过程。
在EIS中，电化学系统被视为由电阻(R)、电感(L)和电容(C)等元件组成的等效电路。
通过在电化学系统上施加固定幅值、不同频率的正弦交流电信号，测量电流和电势之间的相位差和幅值关系，以获得电化学系统的阻抗谱。
阻抗谱通常以复数形式表示，包括实部和虚部两个分量。
实部表示电阻性损耗，虚部表示电容性或电感性反应。
EIS的原理可以通过以下几个关键步骤来解释：1.正弦波激励：在电化学系统中施加正弦交流电信号，以激发电化学过程中的电荷转移和质传过程。
2.频率扫描：在一定的频率范围内对电化学系统进行频率扫描，即逐渐改变激励信号的频率。
3.电势响应测量：测量电化学系统中电势与时间的变化，通常使用电势计或参考电极来实现。
4.电流响应测量：测量交流电信号激励下的电化学系统中的电流变化，通常使用锁相放大器或示波器等设备来实现。
5.数据处理：通过对测量得到的电势和电流响应进行处理，计算得到电化学系统的阻抗谱。
常见的数据处理方法包括频域分析和等效电路拟合等。
EIS的原理基于交流电信号在电化学系统中的传播和响应。
在电化学过程中，电荷转移和质传过程在交流电信号的激励下会导致系统的阻抗发生变化。
因此，通过测量激励信号和响应信号之间的幅值和相位差，可以获得电化学系统内部的电荷转移和质传过程的信息。
这些信息对于研究电极反应动力学和界面化学过程等具有重要的意义。
EIS在材料科学、电化学储能、腐蚀研究等领域具有广泛应用。
它可以用于表征电极材料的电化学性能、分析电化学反应机理、评估电化学界面的质量和储能设备的性能等。
其原理和应用使得EIS成为一种非常有用和强大的研究工具。
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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：
Cd
R
ZW
Rct
等效电路的阻抗：
1
Z
R
jCd
Rct
1
1/ 2 (1
j)
等效电路：
Cd
R
等效电路的阻抗：
1/ 2 (1
j)
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：
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 105Hz—10-4Hz
Y
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Ｍ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Ｍ的导纳（admittance)， 用Y表示。
上海辰华chi系列
美国AMETEK 普林斯顿瑞士通Metrohm天津兰立科技LK系列
荷兰Ivium
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
G（）
X
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
Final Freq / Low Freq DC Voltage / Initial E AC Voltage / Amplitude 5 mV左右
2
i E sin(t )
XC
2
XC
1
C
电容的容抗（），电容的相位角=/2
写成复数： ZC jX C j(1/ C)
*
实部： 虚部：
ZC' 0
Z
'' C
1/ C
-Z'' * *** Z'
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
电化学阻抗原理及谱图分析(EIS)
Electrochemical Impedance Spectroscopy
NAME
由电阻、电容、电感等基本元 件串并联组合而成等效电路
研究的基本思路
电阻 R
电容 C
电感 L
应用
➢ 电极过程动力学分析：双 电层和和扩散等
➢ 研究电极材料 ➢ 固体电解质 ➢ 导电高分子 ➢ 腐蚀防护机理 ……
R
(RC
)
2
j
1
R 2C (RC
)
2
实部： Z '
R
1 (RC)2
虚部：
Z
'
'
1
R 2C (RC
)
2
消去，整理得： Z ' R 2 Z ''2 R 2
2
2
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
Z
ZR
ZC
R
j( 1 )
C
实部： Z ' R
虚部： Z '' 1/ C
Nyquist 图上为与横轴交于R与纵 轴平行的一条直线。
电组R和电容C并联的电路 Z Z ' jZ ''
并联电路的阻抗的倒数是各并联元件 阻抗倒数之和
1 Z
1 ZR
1 ZC
1 R
jC
1
线性条件（linearity））
稳定性条件（stability）
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。
''
虚部Z''
(Z',Z'')
|Z|
实部Z'
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。
奈奎斯特图 Nyquist plot
阻纳
电化学系统的交流阻抗的含义
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 ''()
若G为阻抗，则有：
Z Z ' jZ ''
阻抗Z的模值： 阻抗的相位角为 ：
Z Z'2 Z''2
tan
Z Z'
Science, 2016, 353(6298): 467-470. J Solid State Electrochem (2005) 9: 421–428
Question
WHAT — 什么是阻抗谱？ 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
Rct
Z
R
1
jCd
1 Rct
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：
0
RRct/2
等效电路：
Cd
R
ZW
Rct
等效电路的阻抗：
1
Z
R
jCd
Rct
1
波特图 Bode plot
log|Z| / deg
电化学系统的工作原理
阻抗~频率
锁相放大器 频谱分析仪
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 t
阻抗测量技术
EIS测量的前提条件
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。
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。
Question 2
HOW — 怎么分析阻抗谱？
正弦电势信号： --角频率
正弦电流信号： --相位角
电阻
e iR
i E sin(t)
R
纯电阻，=0，
写成复数： ZC R
实部：
Z
' R
R
虚部：
Z
'' R
0
-Z'' Z'
电容
i C de dt
i CE sin(t )