电化学交流阻抗测试方法35页PPT
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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
电化学交流阻抗测量原理课件
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
交流阻抗技术PPT文档共83页
用Y表示导纳 1 Y
Z
Z
纯电阻的导纳为 1 ，纯电容的导纳为 jwC
R
12
ii、R、C并电路的导纳：
RP 与C P 并联，其电路的阻抗
ZVI~~ V~
V~ V~
RP
1
1 1 Rp jwCP
jwCP
并联电路的导纳
Y1 Z
Y
1 RP
jwCP
（6-4）
∴并联电路的总导纳为各部分导纳的复数和，并联电路的
阻抗
Z V Vm ej(12) I Im
令 Zm Vm Im
1 2
Zm阻抗模电 电流 压振 振幅 幅
相位 电 角压相 电 位流 角相位角
∴
Z Zmej
（6-1 ）
（6-1）式为阻抗的指数形式，与复数指数形式相同。
9
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：
散层，扩散层可以比拟成一个电容器，同时，扩散
过程也会遇到阻力，∴扩散过程可以用电阻 R w 及
电容 C w 串联来模拟 iii、双电层的充电过程
Rw Cw
双电层的充电过程可用微分电容来描述，双电层 充电好象给电容器充电一样，∴双电层的充电过程
等效电路来摸拟。
Cd 15
iv、离子在溶液中的电迁移过程：
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
交流阻抗技术
一、概述 二、电化学极化交流阻抗 三、浓差极化交流阻抗 四、混合控制时的交流阻抗 五、存在电化学吸附反应的交流阻抗 六、交流阻抗法的应用
2
实验测出不同频率下的电极等效阻抗以后，根据不同 频率范围内的阻抗谱图的特征可以研究电极过程动力学， 可求电极过程动力学参数。此外，交流阻抗法也是测量电 极/溶液界面双电层电容，电化学反应电阻和溶液欧姆电 阻的有效方法，在腐蚀科学中也有广泛的应用。
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
电化学阻抗测量技术与阻抗谱的数据处理ppt课件
编辑版pppt
19
阻纳数据的非线性最小二乘法拟合
在进行阻纳测量时，我们得到的测量数据是一 个复数：
G(X)=G’(X) + jG”(X)
在阻纳数据的非线性最小二乘法拟合中目标函 数为：
Ｓ =Σ (gi’, - Gi’ )2 +Σ (gi” - Gi” )2 或为：
Ｓ =Σ Wi(gi’, - Gi’ )2 +Σ Wi(gi” - Gi” )2
电化学阻抗测量技术 与
电化学阻抗谱的数据处理
浙江大字 张鉴清
编辑版pppt
1
电化学阻抗谱
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。
G 0,k1,2,. . .m , Ck
编辑版pppt
18
可以写成一个由m个线性代数方程所组成的方程组
从方程组 可以解出 1 , 2 , .... , m 的值，将其代 入下式,即可求得Ck 的估算值： Ck ＝ C0k + k, k = 1, 2, …, m， 计算得到的参数估计值Ck比C0k 更接近于真值。在 这种情况下可以用由上式 求出的Ck作为新的初始 值C0k，重复上面的计算，求出新的Ck 估算值 这样的拟合过程就称为是“均匀收敛”的拟合过 程。
由阻纳的定义可知，对于一个稳定的线性系统，当响 与扰动之间存在唯一的因果性时，GZ与GY 都决定于系 统的内部结构，都反映该系统的频响特性，故在GZ与 GY之间存在唯一的对应关系：Gz = 1/ Gy G是一个随频率变化的矢量，用变量为频率f或其角频
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：