电化学测量技术第七章交流阻抗法

合集下载

交流阻抗技术-PPT课件

i
∴交流阻抗又称为电化学阻抗谱（缩写为electrochemical impedance spectroscopy, EIS）交流阻抗法又称为电化学阻 3 抗谱方法。
当交流电频率不一样、极化性质不同响应的复数平面图也就不一样，Nyquist图不同。
Y虚部
高频
B
低频
RL
A
Rr 2
C
X实部
Zi
扰动信号
③电阻，电容串联电路的交流阻抗
交流电压 V 加到 R s 与电容 C s 串联的电路上，会有一交流电流这时有：
~ ~ ~ V V V R C S S
1 V IR S I jw C S
9
纯电阻上的阻抗 R s 就是电阻 R s ，而纯电容上的容 2 1 w 抗为 ( 为角频率，w2 f T jwC S f 为频率，T为周期)
1 ~ ~ V I (R ) S jwC S
R s C S 串联电路的阻抗：
~ V 1 Z~R S jwC I S
1 Z RS jwC S
（6-2）
10
∴（6-2）式就是 R s 与 C s 串联电路的阻抗表达式，它表示
i、R、C串联电路的总阻抗等于R、C各部分阻抗之和；
ii、（6-2）式也可写为：
Z Zmej ii、指数形式：相位角，也叫幅角。
iii、三角函数表示式：
Z m 称为复数的模，叫复数的
Z Z (cos j sin ) m
7
②阻抗表达式的指数形式
正弦波电压（或电流）是一个交变的信号，是一个复数，
根据复数的指数形式，
~ j 1 交流电压： V V e m ~ 2 ej 交流电流： I Im

电化学交流阻抗测试方法

测试方法：由阻抗图谱对照理论获得数据模型。优缺点：此法准确，但实际电化学体系复杂模型难以建立，正在发展中。
电化学交流阻抗测试方法
阻抗、导纳与复数平面图 1) 阻抗:Z= E / I
而如正弦交流电压E = Emsinωt 等, E 、I、 Z 均为角频率ω
(=2πf )或频率 f 的函数。 2) 导纳:Y Y=1/Z 3) 阻抗的矢量表示与复数平面图 4) Z 可以表示为实—虚平面的矢量:
电化学交流阻抗测试方法
二、浓差极化可以忽略并消除了溶液电阻的RC并联等效电路
Z= Z
电化学交流阻抗测试方法
RC并联电路的Nyquist阻抗谱
0
∞
ω
ω
0
Rp/2
Rp
电化学交流阻抗测试方法
RC并联电路的Bode图 ω※ =1/Rp·Cd
Z = Rp
斜率= -1
lg Z = -lgCd – lg ω
交流阻抗法适于研究快速电极过程，双电层结构及吸附等，在金属腐蚀和电结晶等电化学研究中也得到广泛应用。
电化学交流阻抗测试方法
电解池的等效电路当用正弦交流电通过电解池进行测量时，往往可以根据测
量体系的不同把电解池简化为不同的等效电路所谓等效电路就是由电阻R和电容C所组成的这样的电路：
当加上相同的交流电压讯号时，通过此等效电路中的交流电流与通过电解池的交流电流具有完全相同的振幅和相位角。交流电通过电解池时，将双电层等效地看作类似电容器的容抗，电极本身、溶液及电极反应所引起阻力看成阻抗，将电解池化为等效电路。
时间常数
lgRl 低频
高频
φ
π/2
π/4
特征频率ω※
lgω※
lgω
电化学交流阻抗测试方法

第七章交流阻抗法

2 2
1
由式(1)、(2)可得到：
Y Cd Rr X RL
(3)
1 r 2 2 1 可见复数平面图上，(Rs， )点的轨迹是一个圆。 C s 圆心在实轴上，坐标为( RL 1 Rr ，0)。圆半径 2 1
S ，故Cd研、辅与Cd研和Cd辅相比趋近于零，则：ZC 研、辅 4kd
d
1 jCd 研、辅
因此上图简化为：
Cd辅 Zf辅 RL
Cd研 Zf研
§7.2 交流信号下电解池体系的等效电路及其简化
7.2.2 电解池等效电路及其简化
如何消除辅助电极的阻抗，使电解池等效电路变为研究电极等效电路。 ① 大面积、惰性电极大面积：S辅→∞，Cd辅→∞，则ZCd辅→0 惰性电极：Zf辅→∞
而同一电极体系电极的等效电路阻抗写成：
Z RL 1 1 jC d Rr RL
1 C
2
Rr
2 d
Rr
2

C d Rr 2 2 j 1 2 C d Rr

§7.3 电化学极化下的交流阻抗
7.3.2 利用阻抗的实、虚部建立对等关系式
参辅研 Cd RL Rr Cs Rs
ωn
Rs1
1 C s1
Rs2
1 C s 2
Rs3
1 C s3
Rs4
1 C s n
Z''
§7.3 电化学极化下的交流阻抗
7.3.3 频谱法和复数平面图解法求解电化学参数 7.3.3.2 复数平面图解法
Z '
( 1 ) cs
B
B

0
RL
A
D Rr
D

电化学测试技术——交流阻抗法

代入Zf中整理为：
因此
RT i 1 R .o 2 2 s n F 2Do Co i i C .o RT i 1 R .o 2 2 s n F 2DR C R i i C .R RT i Rr nF i i
4．两种常用的等效电路
并联模拟等效电路串联模拟等效电路
Cp Rp
Rs
Cs
这些等效电路仅为理论处理方便，并无明确物理意义。对电解池等效电路而言：当Rl可略时，用并联模拟等效电路当Rl不可略时，用串联模拟等效电路
§2 电化学极化下界面阻抗

一、电化学极化时的Faraday阻抗：
Z包括Rr、Cw、Rw，在电化学极化下Zw=0，即Z=Rr
二、方法特点
1．高精度测量因交流信号激励时间较长时体系各种参量均按正弦规律变化，已达到平稳态，在任一周期内信号响应情况完全相同，任取一周期分析，所得结果一致，且是平均结果，消除了许多误差。
2． i 处理简单因小幅度激励信号，往往用线性化处理，可以得到许多线性关系式。
三、注意事项
1．极化状态不一定完全是电化学极化，可能是有浓差极化，因测量之前已用幅度较大的直流信号进行极化，仅测量体系对微扰信号的响应，该情况相当于“载波”用小幅度把大信号产生的结果带出果。 2．即使是纯电化学极化或混合极化也不一定在线性极化区。 3．注意小幅度激励信号与小幅度测量信号
四、电解池等效电路
小幅度线性化到t后nn1周期无差别仅是重复已达暂稳态每一个周期内是暂各周期之间完全重复是稳rtnfnfrtnfrtnfrtnfrtnfrtnfrt各信号变化由激励信号决定参变量变化按相同规律变化仅是幅度相位上有差异因此交流阻抗法能提供更多的信息

交流阻抗怎么测量

交流阻抗怎么测量交流阻抗法是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,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）交流阻抗：交流阻抗即阻抗，在电子学中，是指电子部件对交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性;在电化学中，是指电极系统对所施加的交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性。

阻抗模的单位为欧姆，阻抗辐角(相角）的单位为弧度或度。

（2）交流阻抗谱：在测量阻抗的过程中，如果不断地改变交流激励信号的频率，则可测得随频率而变化的一系列阻抗数据。

这种随频率而变的阻抗数据的集合被称为阻抗频率谱或阻抗谱。

阻抗谱是频率的复函数，可用幅频特性和相频特性的组合来表示;也可在复平面上以频率为参变量将阻抗的实部和虚部展示出来。

测量频率范围越宽，所能获得的阻抗谱信息越完整。

RST5200电化学工作站的频率范围为：0.00001Hz～1MHz，可以很好地完成阻抗谱的测量。

（3）电化学阻抗谱：电化学阻抗谱是一种电化学测试方法，采用的技术是小信号交流稳态测量法。

对于电化学电极体系中的溶液电阻、双电层电容以及法拉第电阻等参量，用电化学阻抗谱方法可以很精确地测定;而用电流阶跃、电位阶跃等暂态方法测定，则精度要低一些。

另外，像扩散传质过程等需要用较长时间才能测定的特性，用暂态法是无法实现的，而这却是电化学阻抗谱的长项。

（4）电化学阻抗谱测量的特殊性：就测量原理而言，在电化学中测量电极体系的阻抗谱与在电子学中测量电子部件的阻抗谱并没有本质区别。

通常，我们希望获得电极体系处于某一状态时的电化学阻抗谱。

而维持电极体系的状态，须使电极电位保持不变。

通常认为，电极电位变化50mV以上将会破坏现有的状态。

交流阻抗

交流阻抗技术一原理交流阻抗方法是用小幅度交流信号扰动电解池,并观察体系在稳态时对扰动的跟随的情况,同时测量电极的交流阻抗,进而计算电极的电化学参数。

由于电极过程可以用电阻R 和电容C 组成的电化学等效电路来表示,因此交流阻抗技术实质上是研究RC 电路在交流电作用下的特点和规律。

1 阻抗的概念：一个纯正弦电压可以表示成e = Esinωt ,其中ω为角频率。

对一个纯电阻R 加上正弦电压时,根据欧姆定律,响应电流为i = ( E/ R) sinωt 或以向量标记İ=Ė/ R ,相角为零。

对一个纯电容C 施加正弦电压e 时, 由于i = C ·( d e/ d t ) , 因此i =ωCEcosωt 或i = ( E/ Xc) sin (ωt +π/ 2) ,其中Xc = (ωC) - 1称为容抗,相角是π/ 2 ,电流导前于电压,用复数符号表示向量,规定纵坐标分量为虚部,横坐标为实部。

对纯电容用向量表示激励正弦电压与响应正弦电流的关系,可写为Ė = - j Xc İ,或E·= İZ ,其中Z = - j Xc = - j/ (ωC) 称为阻抗。

阻抗是一种普遍化的电阻, Ė = İZ 是欧姆定律的普遍形式。

同样方法可以导出纯电感L 的阻抗为jωL 。

导纳是阻抗的倒数, 用Y 表示。

对纯电阻Y =R - 1 ,纯电容Y = jωC ,纯电感Y =1jωL。

对于串联电路,总阻抗为各个阻抗的复数和。

对并联电路,总导纳为各个导纳的复数和。

更复杂的电路可以根据类似于电阻所运用的规则,通过合并阻抗来分析。

2 交流阻抗的复数表示阻抗可以表示成复数平面的矢量或写成复数形式Z = A + j B 。

Z 可以由模| Z| 和相角< 来定义,则A = | Z| cos < , B = | Z| sin < ,即Z = | Z| cos < + j|Z| sin < ,| Z| 表示它的幅值。

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

交流阻抗测试方法

0
0
ω
Rp
Rl Rl + Rp/2 Rl + Rp
A
ω
Rl —(Rp/L)串并联电路的Nyquist图
∞
§7.3 浓差极化下的交流阻抗
• 包括浓差极化时的电极等效电路
即：包括浓差极化时，电极体系的法拉第阻抗由电荷传递电阻Rp和浓差极化阻抗W组成，后者又称Warburg阻抗。
• Warburg阻抗表示式：
二、具有弥散效应的活化极化控制体系的交流阻抗弥散效应：通常，由于电极表面粗糙、选择吸附和电流分布不均等因素，造成阻抗图的圆心下降的现象称为频率弥散现象。
曲线2：圆心下降的半圆
曲线2变为1。
• 交流阻抗法可以测定腐蚀速度,并可以研究金属腐蚀状态,表面氧化膜或腐蚀产物膜的形成与破坏,缓蚀剂的吸附行为及作用机理等。钼钢阳极行为分析试验： • 从稳定电位随电位提高， EIS从规整半圆向半圆变小、低频出现第2个半圆、出现直线段等发展。 • 问题： 1)如何求腐蚀速度？ 2)EIS变化说明什么？ 3)电位再提高EIS会怎样？为什么？如何证明？
Z=
Z
• RC并联电路的Nyquist阻抗谱
ω
ω
∞
0 Rp/2
Rp
0
• RC并联电路的Bode图 ω※ =1/Rp· d C
Z = Rp
lg Z = -lgCd – lg ω 斜率= -1
Z = 1/ωCd
lg Z =0
低频
0
高频
lg Cd = - lg ω0
φ π/4 0
π/2
ω
特征频率ω※
∞
• 再含有大量支持电解质，而交流讯号的频率又不太高（1000Hz以下）， 1 ＞＞ Rl，在这种条件下整个电解池的阻抗与一个电满足

第7章电化学交流阻抗

第7章电化学交流阻抗交流阻抗方法是一种暂态电化学技术，具有测量速度快，对研究对象表面状态干扰小的特点。

交流阻抗技术作为一种重要的电化学测试方法不仅在电化学研究[例如，电池、电镀、电解、腐蚀科学(金属的腐蚀行为和腐蚀机理、涂层防护机理、缓蚀剂、金属的阳极钝化和孔蚀行为，等等)]与测试领域应用，而且也在材料、电子、环境、生物等多个领域也获得了广泛的应用和发展。

传统EIS 反映的是电极上整个测试面积的平均信息，然而，很多时候需要对电极的局部进行测试，例如金属主要发生局部的劣化，运用EIS 方法并不能很清晰地反映金属腐蚀的发生发展过程，因此交流阻抗方法将向以下方向发展：(1) 测量电极微局部阻抗信息；(2) 交流阻抗测试仪器进一步提高微弱信号的检测能力和抗环境干扰能力；(3) 计算机控制测量仪器和数据处理的能力进一步增强，简化阻抗测量操作程序，提高实验效率。

7.1 阻抗之电工学基础 (1) 正弦量设正弦交流电流为：i(t)=I m sin(ωt +φ) (图7-1)。

其中，I m 为幅值；ωt +φ为相位角，初相角为φ；角频率ω：每秒内变化的弧度数，单位为弧度/秒(rad/s)或1/s 。

周期T 表示正弦量变化一周所需的时间，单位为秒(s)；频率f ：每秒内的变化次数，单位为赫兹(Hz)；周期T 和频率互成倒数，即Tf1=，πf Tπω22==。

正弦量可用相量来表示。

相量用上面带点的大写字母表示，正弦量的有效值用复数的模表示，正弦量的初相用复数的幅角来表示。

表示为：i t j I Iei I ϕϕω∠==+•)(.，正弦量与相量一一对应。

一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示(图7-2)。

图7-2 正弦量的旋转矢量表示()m sin u U t ωϕ=+ϕϕmU tωω+1+j初始矢量tj j m e e U ωϕ旋转因子图7-1 正弦量的波形三要素：振幅、频率、初相位矢量长度=振幅；矢量与横轴夹角=初相位；矢量以角速度ω按逆时针方向旋转(2) 阻抗和导纳的定义对于一个含线性电阻、电感和电容等元件，但不含有独立源的一端口网络N ，当它在角频率为ω的正弦电压(或正弦电流)激励下处于稳定状态时，端口的电流(或电压)将是同频率的正弦量。

交流阻抗测试

对电化学电池使用一正弦信号激励，然后分析产生的电流，这是最早用来测量快速电子转移反应速率常数的一种方法．在任何快速反应的测量中，无论采用什么技术，都必须在短时间得到有关信息，否则扩散，而不是动力学，成为速率决定过程．交流电桥一度曾是可用来在毫秒及更短时间量程上测量的唯一仪器方法，利用平衡下的电化学电池作为wheatstone电桥的未知臂，从而建立了目前的交流电技术和分析方法的基础．现代仪器方法位交流电测量比手动平衡电桥迅速得多，因此可在动态而不是平衡条件下连续记录交流电参数，例如在循环伏安法或极谱实验中．在时间量程的另一端，交流电技术在腐蚀腐蚀研究中现在是重要的，在这方面，快速响应不如常见的涉及表面和溶液反应的复杂过程的全面分析来得重要．这里现代计算方法在交流电方法得应用中是必不可少的．8．2 电化学电池阻抗的测量在任何交流电方法中有几个共同性问题的考虑要记住．(a)激励信专的频率如果交流电方法作为判别性方法使用，则频率范围应该尽可能宽．在理想中这意味着，如果所有理论工具已齐备，包括Kramers－Krong分析法(见下文)，那么频率范围在6到7个10倍频，如10-2到105Hz的潜力应充分使用．(b)线性．专虑到基元反应步骤的速率是指数性依赖斤电位的，电化学过程在本质上是非线性的。

然而最充分发展的交流电理论全是线件理论，这意味着要使用它们就要将激励信号幅但保持得足够小，以使体系成为非常近似于线性．(即可以应用Butlter－V olmer方程式的线性近似式，见式(1．34)．)振幅容许值随试验的体系和频率领改变，但一般规则是，峰—峰幅值不超过l0mV，除非有某种特别指明可以安全地这样做，而且即使是这—低水平的扰动，也可能产生问题．非线性是通过在电池响应中而产生激励信号的谐被而表现出来的，因此可以用频谱分析仪之类的检测系统来检洲它们的存在相测迢它们的帕值．应该按常规地使用示波器来监测电池电流中的交流成分，而由正弦波响应的可见畸变作为表示任何显著的非线性的方法．进一步的简单检查是用不问激励幅值进行分析，响应的如何差异都意味着非线性已成为问题．(c)谬误的响应众所用知，交流电技术易于因测量回路中的谬误效应而产生歪曲．不易设计一种恒电位仪，在高频时不发生相位移而仍具有足够高的增益．接线与地和接线本身之间的杂散电容，以及接线和电池内部结构的自感应在很高的频率时总是一个问题．设计良好的电池可以帮助在一定程度上减轻这些问题，应该对下列几点加以注意．工作电极相对电圾应该对称放置，以便提供非常均匀的电流分布．Luggin毛细管应该靠近工作电极，但不要靠很大近，这样可尽可能减小末补偿的Ohm电阻，但又避免了引起不规则电流分布的屏蔽效应．毛细管最好应该是直而短的，但口径不要太细，否则其电阻将是高的．参考电极本身的电阻应尽可能地低，并通过一个用短导线与之相连的高输入阻抗的单位增益放大器来对之进行缓冲，以便将参考回路的RC时间常数降到最小(参见第十一章)．由于需要保持小的激励信号，所以散杂电噪声或来自市电电源频率下的干扰也可能成为一个问题．通常需要仔细将电池和检测回路屏蔽起来，以将这种干扰降低到可接受的程度．有几种迥然不同类型的仪器方法可供使用于借正弦被激励而测量。

交流阻抗法的原理及应用

交流阻抗法的原理及应用原理介绍交流阻抗法是一种常用的电化学分析技术，用于测定电化学界面上的电化学过程。

它基于交流电信号通过电化学界面时的电流与电压之间的关系，通过测量实际电流和实际电压之间的相位差和幅度比，来研究电化学界面上的电子传递和离子传递过程。

交流阻抗法可以用于研究电化学反应的动力学性质，表征电化学界面的电荷传递过程，以及测定电化学界面的阻抗。

电化学界面电化学界面是指两个介质之间的物理边界，一侧是电解质溶液，另一侧是电极表面。

在电化学界面上，电子和离子参与了电化学反应，形成了电流和电压的交互作用。

交流电信号交流电信号是指电流和电压随时间变化的信号。

在交流阻抗法中，通常使用正弦波信号作为交流电信号，因为正弦波具有良好的周期性和可控的频率和振幅。

交流阻抗交流阻抗是指交流电信号通过电化学界面时的电流和电压之间的比值。

在交流阻抗法中，交流阻抗可以通过测量交流电信号通过电化学界面时的实际电流和实际电压之间的相位差和幅度比来计算。

应用领域交流阻抗法在多个领域中得到了广泛应用。

以下是几个常见的应用领域：1. 腐蚀研究交流阻抗法可以用于研究金属在不同腐蚀环境中的电化学行为。

通过测量电化学界面上的交流阻抗，可以获得与腐蚀速率、腐蚀产物形成、腐蚀机理等相关的信息，为腐蚀控制和材料保护提供重要的参考。

2. 电化学传感器交流阻抗法可以用于开发电化学传感器。

电化学传感器利用电化学反应与待测物质之间的相互作用来实现对待测物质的检测和测量。

通过测量电化学传感器上的交流阻抗，可以实现对待测物质浓度、反应速率等参数的测量。

3. 生物医学应用交流阻抗法可以应用于生物医学领域，例如生物传感和生物成像。

利用交流阻抗法，可以研究生物体内的电化学反应和生物电阻抗的变化，实现对生物体内部结构和功能的非侵入性监测和成像。

4. 能源领域交流阻抗法可以应用于能源领域的电池和燃料电池等能源设备的研究。

通过测量交流阻抗，可以评估电池和燃料电池的性能和稳定性，研究电化学反应动力学，优化能源材料和器件设计。

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。

交流阻抗法

电化学阻抗谱理论就是通过对电池系统施加小幅电位扰动，通过输入的电位函数和测得的输出电流函数求得系统的传递函数。如果扰动是正弦波，那么此时传输函数称为频率响应函数或简称为频响函数。
电化学的特点
通常情况下，电化学系统的电势和电流之间是不符合线性关系的，而是由体系的动力学规律决定的非线性关系。当采用小幅度的正弦波电信号对体系进行扰动时，作为扰动信号和响应信号的电势和电流之间则可看做近似呈线性关系，从而满足了频响函数的线性条件要求。这样，电化学系统就可作为类似于电工学意义上的线性电路来处理，称为电化学系统的等效电路。同时，由于采用了小幅度条件，等效电路中的元件，如电荷传递电阻Rct、双电层电容Cd可认为在这个小幅度电势范围内保持不变。但是，应当注意的是，这些等效电路的元件同真正意义上的电学元件仍有不同，当电化学系统的直流极化电势改变时，等效电路的元件会随之而改变。另外，为了更好地描述电化学体系，等效电路中还会用到一些特别用于电化学中的元件，称为电化学元件。
交流阻抗法
电化学术语
01 简介
03 基本原理
目录
02 背景 04 电化学的特点
交流阻抗法是指控制通过电化学系统的电流（或系统的电势）在小幅度的条件下随时间按正弦规律变化，同时测量相应的系统电势（或电流）随时间的变化，或者直接测量系统的交流阻抗（或导纳），进而分析电化学系统的反应机理、计算系统的相关参数。
按照阻抗本身的定义，被测系统的输入激励信号应该是电流，在电化学测量中响应信号是电极电位。对可逆电极反应的电极系统来说，采用电流作为扰动信号进行阻抗测量很方便，因为可逆电极反应的电位处于平衡电位。对于不可逆电极反应就比较复杂，电极上流过的法拉第电流密度远大于电极反应的交换电流密度，要保持一定的不可逆程度，必须保持电极上流过一定的法拉第电流密度或保持电极系统处于一定的非平衡电位。用控制电流的方法使电极系统处于某一电位区间保持稳定十分困难。

交流阻抗法_PPT教案

cd1 2 1 1 2 2
因是低频： 0 ，忽略上式中、1 2、 2 项，则上式简化为
Z f RL Rr 1 2 j 2 2cd 1 2
§7.5 各种电极的阻抗与复平面
7.5.2 混合控制电极
Z f RL Rr 1 2 j 2 2cd 1 2
∴
Z ' RL Rr 1 2 ，Z '' 2 2cd 1 2
界面阻抗1/C
-150000
-100000
Z''
-50000
0
0
10
Z'
阻抗平面图
R=10 C=100μF
|Z|
106
105
104
103
102
101
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
Frequency (Hz)
-100
theta
-75
20
-50
-25
0
10-2
10-1
100
101
2000
Z'
-2000 -1500
FitResult
Z''
-1000
-500
0
0
500
1000
1500
2000
Z'
-2000 -1500
FitResult
Z''
-1000
-500
0
0
500
1000
1500
2000
Z'
-2000 -1500
FitResult
Z''

电化学交流阻抗测量原理

电化学交流阻抗测量原理
交流导纳（Yω）:
Y = It / Et
交流阻抗矢量（或复数）表示法：
Ztotal = Zreal + Zimag （实部）（虚部）
• 阻抗模值：|Z|2 = Zreal2 + Zimag2 = E0 / I0 • 相位角： tanɸ = - Zimag / Zreal
其中：ω = 2πf，f为交流电信号频率
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。
常用的阻抗谱图
• BODE图：阻抗模值的对数log|Z|和相位角对相同的横坐标频率的对数logf作图。
• Nyquist图（阻抗复数平面图）：阻抗虚部为纵坐标，阻抗实部为横坐标作图。
交流阻抗测量原理
等效电路元件频率响应
电阻（）：Z = R； ɸ = 0
电容（C）： Z = 1/jωC; ɸ = -90
电感（L）： Z = jωL; ɸ = 90
常相位角元件（CPE）
Z = (1/ω0•V) • ( jω/ω0)-α; Thales表示法
Z = (1/Q) • ( jω)-α;
交流阻抗测量方法
9、PAD4多通道同时测量交流阻抗（4V/输入阻抗200K） 10、电池循环充、放电的同时测量交流阻抗 11、固定单一频率系列测量交流阻抗，可实现交流阻抗（或电容）
对电位变化、电流变化、时间变化等一系列测量。 12、控制光强度的同时测量太阳能电池的交流阻抗 13、控制太阳能电池短路放电的同时测量交流阻抗 14、涂层评价AC--DC--AC系列测量交流阻抗 15、数据存储、数据列表、图形输出至Word剪切板、图片打印