电化学交流阻抗测量原理课件
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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
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''
电化学阻抗ppt课件
1.2 电化学阻抗谱基础知识：
复数 电化学阻抗为向量(即矢量)， 因此常写成复数形式。复数由实部和虚部组成。 电化学阻抗Z的复数形式为： Z=Z‘ +jZ” 其中，Z’ 为阻抗Z的实部，Z‘’为其虚部，j为虚数单位，j= 1 复数的模 '2 Z ''2 复数的大小称为复数的模，电化学阻抗的模IzI表示为：IZI= Z 复数的辐角(即相位角) 复数矢量与实轴的夹角 φ称为复数的辐角， 电化学阻抗的相位角 φ表示 为:φ= arctan
电化学阻抗
1、电化学阻抗概念及相关知识介绍
2、电工学中简单电路的交流阻抗谱图 3、电化学中的交流阻抗谱图 4、电化学阻抗谱的应用
1.电化学阻抗概念及相关知识介绍
1.1 电化学阻抗法：
电化学阻抗法是电化学测量的重要方法之一。 以小振幅的正弦波电势(或电流)为扰动信号，使电极系统产生近似线性关系 的响应，测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以此来研究电极系统的方 法就是电化学阻抗谱(EIS)，又称交流阻抗法(AC Impedance)。 特点： (1)由于使用小幅度(一般小于10 mV)对称交流电对电极进行极化，当频率足 够高时，每半周期持续时间很短，不会引起严重的浓差极化及表面状态变化。 在电极上交替进行着阴极过程与阳极过程，同样不会引起极化的积累性发展， 避免对体系产生过大的影响。 (2)由于可以在很宽频率范围内测量得到阻抗谱， 因而与其它常规的电化学方 法相比，能得到更多电极过程动力学信息和电极界面结构信息。
θ
Z’ 交流阻抗Z的复平面表示
θ
Y’
交流导纳Y的复平面表示
阻抗的大小： 阻抗Z是电路元件对电流的阻碍作用和移相作用的反映。 对于纯电阻电路，其阻抗就是电阻 R：ZR=R 对于纯电感电路，其阻抗为：ZL=jXL=jωL 对于纯电容电路，其阻抗为：Zc=-jXc=-j/ωC 复阻抗的串联： 当电路中有多个元件串联时，总的复阻抗等于各串联复阻抗的和。例如一个 电阻 、一个电感L和一个电容C串联时，总复阻抗z为:
电化学阻抗谱EIS-高级电化学测量技术PPT
阻抗模值：
*
2.1.4 电组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
实部：
虚部：
忮魂产柯枫呆鸟蹂锃舌尔夹丽澍遛翟土粕余阔
RC复合元件频率响应谱的阻抗复平面图
RC复合元件的波特图
推论： 1.在高频时，由于数值很大，复合元件的频响特征恰如电阻R一样。 2.在低频时，由于数值很大，复合元件的频响特征恰如电容C一样。
实部：
虚部：
边冶颞旃飞辟棋姻夂砥浒拦帐砹褚瑾脔年追削搁曙哗颍憎钮冰虮曜锍醐从埕匡膜橹涟循牲答呐樵诺刿尝邹熘菀饲赫锼凑缬鸦寡薄译昕砺
阻抗模值：
*
写成复数：
Nyquist 图上为与纵轴（虚部）重合的一条直线
2.1.3 电感
电感的相位角=-/2
实部：
虚部：
边冶颞旃飞辟棋姻夂砥浒拦帐砹褚瑾脔年追削搁曙哗颍憎钮冰虮曜锍醐从埕匡膜橹涟循牲答呐樵诺刿尝邹熘菀饲赫锼凑缬鸦寡薄译昕砺
1.4 利用EIS研究一个电化学系统的基本思路：
电阻 R
电容 C
电感 L
惩其贶泸擂糌耐杠菲课筠戕协甩霉聪源阗毖痃瞎幛苤赡息招镧澉翮淋掳蹒俊拌锔喈撑扣曾素祁吃愆避逍瞎奴朕眇蕨遭头尽叛供颜悍虑错社防铙臌
*
2 等效电路及等效元件
正弦电势信号：
正弦电流信号：
--角频率
--相位角
唬磉笙圯铜驵蜥胎熘届掎憾情棣玺抢龟轰铱昙帜手侦癣铲沉悴兔棺论诃螓敷鹦技返恒紊艏灬暧羟卵
*
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
*
2.1.4 电组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
实部：
虚部：
忮魂产柯枫呆鸟蹂锃舌尔夹丽澍遛翟土粕余阔
RC复合元件频率响应谱的阻抗复平面图
RC复合元件的波特图
推论： 1.在高频时，由于数值很大，复合元件的频响特征恰如电阻R一样。 2.在低频时，由于数值很大，复合元件的频响特征恰如电容C一样。
实部：
虚部：
边冶颞旃飞辟棋姻夂砥浒拦帐砹褚瑾脔年追削搁曙哗颍憎钮冰虮曜锍醐从埕匡膜橹涟循牲答呐樵诺刿尝邹熘菀饲赫锼凑缬鸦寡薄译昕砺
阻抗模值：
*
写成复数：
Nyquist 图上为与纵轴（虚部）重合的一条直线
2.1.3 电感
电感的相位角=-/2
实部：
虚部：
边冶颞旃飞辟棋姻夂砥浒拦帐砹褚瑾脔年追削搁曙哗颍憎钮冰虮曜锍醐从埕匡膜橹涟循牲答呐樵诺刿尝邹熘菀饲赫锼凑缬鸦寡薄译昕砺
1.4 利用EIS研究一个电化学系统的基本思路：
电阻 R
电容 C
电感 L
惩其贶泸擂糌耐杠菲课筠戕协甩霉聪源阗毖痃瞎幛苤赡息招镧澉翮淋掳蹒俊拌锔喈撑扣曾素祁吃愆避逍瞎奴朕眇蕨遭头尽叛供颜悍虑错社防铙臌
*
2 等效电路及等效元件
正弦电势信号：
正弦电流信号：
--角频率
--相位角
唬磉笙圯铜驵蜥胎熘届掎憾情棣玺抢龟轰铱昙帜手侦癣铲沉悴兔棺论诃螓敷鹦技返恒紊艏灬暧羟卵
*
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
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
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
电化学阻抗谱ppt课件
第6章 电化学阻抗谱 Electrochemical
Impedance Spectroscopy
引言
• 定义
以小振幅的正弦波电势（或电流）为扰动信 号，使电极系统产生近似线性关系的响应， 测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以 此来研究电极系统的方法就是电化学阻抗法 (AC Impedance），现称为电化学阻抗谱。
主要内容与学习要求
• 6.1 有关复数和电工学知识 • 6.2 电解池的等效电路 • 6.3 理想极化电极的EIS • 6.4 溶液电阻可以忽略时电化学极化的EIS • 6.5 溶液电阻不能忽略的电化学极化电极的EIS • 6.6 电化学极化和浓差极化同时存在的电极的EIS • 6.7 阻抗谱中的半圆旋转现象 • 6.8 阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路 • 6.9 电化学阻抗谱的应用
6.1 有关复数和电工学知识－电工学
V I t
Z () 1 j 1 jC C
6.1 有关复数和电工学知识－电工学
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
Z
ZR
ZL
ZC
RL
jL
j
1
C
R j(L 1 ) C
（2）复阻抗的并联
1 1 1 1 1 1 1 1 j( 1 C) Z ZR ZL ZC R jL j 1 R L
引言
• 稳定性条件
稳定
不稳定
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。
电化学阻抗谱导论－曹楚南
导言 第1章 阻纳导论
第2章 电化学阻抗谱与等效电路
Impedance Spectroscopy
引言
• 定义
以小振幅的正弦波电势（或电流）为扰动信 号，使电极系统产生近似线性关系的响应， 测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以 此来研究电极系统的方法就是电化学阻抗法 (AC Impedance），现称为电化学阻抗谱。
主要内容与学习要求
• 6.1 有关复数和电工学知识 • 6.2 电解池的等效电路 • 6.3 理想极化电极的EIS • 6.4 溶液电阻可以忽略时电化学极化的EIS • 6.5 溶液电阻不能忽略的电化学极化电极的EIS • 6.6 电化学极化和浓差极化同时存在的电极的EIS • 6.7 阻抗谱中的半圆旋转现象 • 6.8 阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路 • 6.9 电化学阻抗谱的应用
6.1 有关复数和电工学知识－电工学
V I t
Z () 1 j 1 jC C
6.1 有关复数和电工学知识－电工学
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
Z
ZR
ZL
ZC
RL
jL
j
1
C
R j(L 1 ) C
（2）复阻抗的并联
1 1 1 1 1 1 1 1 j( 1 C) Z ZR ZL ZC R jL j 1 R L
引言
• 稳定性条件
稳定
不稳定
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。
电化学阻抗谱导论－曹楚南
导言 第1章 阻纳导论
第2章 电化学阻抗谱与等效电路
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
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
交流阻抗及解析ppt课件
虚部相等，即 ，所以 1 RL Cd
1 RLCd
1
• 特征频率 * 的倒数 * 称为复合元件的时间常数
（time constant），用
表示，即
1 *
RLCd
• 特征频率可从图上求得，即所以等式的左边表
示高频端是一条水平线，右边表示低频端是一
条斜率为-1的直线，两直线的延长线的交点所对 应的频率就是（图6-9）。有了，就可以用式（ 6-28）求得双电层电容Cd。
表面状态变量对阻抗的贡献，所以Rp 即为电荷传递电阻 。也就是说，我 们可以从复平面上的高频半圆求得电荷传递电阻Rct 。
溶液电阻可以忽略时电化学极化的电化学阻抗谱
• Bode图 1. lg Z lg 图
Z
Z 2 Z 2
Rp2 1 (RpCd )2 2
(Rp2Cd )2 1 (RpCd )2
lg Z lg Rp lg lg Rp lg Cd lg lg Cd
从图中可以看出，这是一条斜率为-1的直线。
2. lg 图
Rp2Cd
arctan Z arctan 1 (RpCd )2
Z
Rp
arctan RpCd
1 (RpCd )2
溶液电阻可以忽略时电化学极化的电化学阻抗谱
阻抗概念与表示方法
概念：正弦交流电可用矢量或复数表示，因 为欧姆定律普遍形式为：
阻抗的模:
iZ
Z R2 X 2
阻抗的幅角:
tan1 X
R
阻抗的表示方法
• 复数形式：
Z R jX
• 复平面图
-X
Z
• 三角函数形式
Z
Z Z cos j Z sin
• 指数形式：
循环伏安-交流阻抗和锂离子电池扩散系数PPT课件
参考文献：
1.《电化学方法原理及应用》，Allen.J.Bard
2.《电化学测定方法》，腾岛.昭
11
扩散系数
首先测量材料在不同扫描速率下的循环伏安图，然后将不同扫描速 率下的峰值电流对扫描速率的平方根作图。
12
扩散系数
得到的只是表观的扩散系数。 由于电极面积很难求得准确值，因此得到的扩散系数只适合定性比较，
9
扩散系数
锂的嵌入/脱嵌反应，其固相扩散过程为一缓慢过程，往往成为控制 步骤。
扩散速度往往决定了反应速度。 扩散系数越大，电极的大电流放电能力越好,材料的功率密度越高,高
倍率性能越好。 锂在固相中的扩散过程（嵌入/脱嵌、合金化/去合金化）是很复杂的，
既有离子晶体中“换位机制”的扩散，也有浓度梯度影响的扩散，还 包括化学势影响的扩散。“化学扩散系数”是一个包含以上扩散过程 的宏观的概念，目前被广为使用。 比较简单的测量手段有循环伏安法和交流阻抗法。
3
循环伏安法
初始电位，设定的起始电压 高电位，电压窗口的最高电压 低电位，电压窗口的最低电压 截止电位，设定的终止电压 扫描方向，第一步是正向还是负向 扫描速度，一般 0.0001 V/s 扫描段数，两段是一圈 响应间隔，隔多少V出一个点 静置时间，测量前体系静置多长时间 灵敏度，可以理解为纵坐标的量程 自动灵敏度
4
循环伏安法
对于可逆性好的体系，设定的时候初始设定为开路电压，为了得到闭 合环，所以截止电压和初始电压一样。扫描方向跟材料有关，第一步发生 氧化反应，也就是脱锂的，应该正向扫，也就是positive，反之negative。 这种设定方式多见于正极材料。
5
循环伏安法
对于可逆性不好好的体系，如果按前法设定，循环伏安曲线不一定能 闭合，所以设定时初始直接根据第一步是还原还是氧化，设定成高电位或 者低电位，此时扫描方向等于已经确定了，就不用选。但是这样会在测量 初期有一段急速的充放电。这种设定方式多见于负极材料。
相关主题
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学习交流PPT
1
电化学交流阻抗测量原理
•• 直流电阻：可看做频率为0时的交流阻抗 •• 交流阻抗测量条件：因果性，线性，稳定性，有限性。 •正弦波电位扰动幅度：通常5 ~ 10mV ••交流电压（Voltage）: Et = E0sin(ωt) ••交流电流（Current）: It = I0sin(ωt + ɸ) ••交流PPT
23
EIS、IMPS、IMVS原理
学习交流PPT
24
交流阻抗测量方法
1、开路电位：交流电压扰动法，交流电流扰动法 2、恒电位：交流电压扰动法 3、恒电流：交流电流扰动法 4、恒电流：交流电压扰动法 5、时间参数变化，一系列测量交流阻抗 6、恒电位参数变化，一系列测量交流阻抗 7、恒电流参数变化，一系列测量交流阻抗 8、RMUX多通道变化，一系列测量交流阻抗（4/10V）
• 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。
学习交流PPT
25
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
•
WE Cdl
Ru
Ref
学习交流PPT
11
电化学工作站原理图
•
学习交流PPT
12
四电极连接示意图
学习交流PPT
13
二电极连接示意图
学习交流PPT
14
三电极连接示意图
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四电极连接示意图
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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。
• Z = (1/Q) • (jω)-α;
Zman表示法
•
Z = A(jω)-ɑ;
Gamry表示法
• 其中：ω = 2πf，ω0 = 2π×1000 • α=0时电阻；ɑ=1时电容；ɑ=0.5时Warburg阻
抗
•
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等效电路元件频率响应
•
ɑ=-1时电感；
• 扩散阻抗（Warburg）
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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
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•
Zw = W • (jω)-1/2 ;
•
Zw = W-1 • (jω)-1/2 ;
•
Zw = W • (jω)-1/2 ;
•
Thales表示法 Zman表示法 Gamry表示法
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• • 电化学交流阻抗等效电路模型 • 用电子元件构建电路模型，通过拟合计算元件
参数值，使得该电路模型的交流阻抗谱图与实 际测量的交流阻抗谱图一致 • • 交流阻抗谱图拟合得到的等效电路不是唯一的， 必须针对实际的被测量体系进行合理的物理过 程解释，对等效电路中的每个元件说明其物理 意义。
•
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• • 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。
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电极/溶液界面的等效电路
• 未补偿的溶液电阻（Ru） • Ru = L/(σ•A)； 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
•
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交流阻抗测量原理
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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
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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。
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SIM交流阻抗拟合特点：
• • 从交流阻抗BODE图曲线上直接选择频率数据点， 然后
• 选择阻抗元件类型，软件自动提示该元件的初始 值。
• • 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。
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EIS、IMVS、IMPS对比
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
Y
G=Y/X
M
•• 欧姆定律：E(电压)= I(电流)× Z(阻抗)