最新电化学阻抗谱
电化学阻抗谱
电化学阻抗谱电化学阻抗谱（ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy，简称EIS）是一种电化学数据分析技术，它可以帮助我们了解电极-电解质体系中的电荷传输特性。
EIS测量惯性电阻，电容，极化及电表面等特性具有无可比拟的优势。
本文将从EIS的历史发展，原理及其操作过程出发，介绍它的基本原理，并针对其具有的优点及应用，探讨它在电极-电解质体系中的运用。
EIS的历史及发展电化学阻抗谱最早出现于1930年，由德国科学家乔治罗森施特（George Rosenstiel）提出。
1962年，美国科学家华莱士琼斯（ Wallace Jones）采用模拟和数字技术，将电化学阻抗技术发展到了新的高度，从而成为可用于电极-电解质体系研究的主要分析手段。
1970年代，由日本学者维们（Von）将模拟信号转换为数字信号，使这一技术发展到了高度可控的程度，此后，电化学阻抗谱技术开始受到越来越多的关注。
EIS的基本原理在EIS实验中，通过应用外源交流信号来对研究对象进行测量，测量的结果可以分为阻抗值和相位角。
阻抗值的大小取决于电极-电解质体系内电子的迁移率，而相位角取决于系统内的容抗和电容量，从而可以用来反映电极-电解质体系中各种物理、化学及电化学过程的运行状态。
阻抗图中，可以看到阻抗值随频率变化的情况，可以进一步了解电极-电解质体系的电荷传递特性。
EIS的操作过程在进行EIS实验时，首先要选择一种合适的参考电极，活极和参比电极，并将它们放在要测量的电极-电解质体系里，然后以特定的频率依次输出设定的外源信号，对电极-电解质体系进行测试，从而获得实验结果。
EIS实验使用的设备包括OCP电源、泵浦、放大仪、阻抗分析仪以及活极和参比电极等。
EIS的优点及应用EIS能够更全面准确的表征电极-电解质体系的特性，它的最大优点是它可以在短时间内进行大量测量，它可以更好的解决电极-电解质体系中的时变问题，它也可以有效准确地描述电极-电解质体系中微观特性，从而为电极-电解质体系的改进提供宝贵的科学数据支持。
电化学阻抗谱
电化学阻抗谱电化学阻抗谱（ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy， EIS）是一种用于研究电化学特性的非常有效的技术。
它使用微弱电流或电压信号来测量物体的电阻和电容，从而了解物体结构和材料性质。
电化学阻抗谱可以用来监测和调整复杂的物理系统，包括腐蚀控制，电池技术和氧化物层厚度等。
本文综述了电化学阻抗谱的基本原理和应用，以及它的创新技术和新进展。
什么是电化学阻抗谱电化学阻抗谱是一种用于研究电化学特性的技术，它可以用来监测和调整复杂的电化学系统，如腐蚀和电池技术等。
EIS使用微弱电流或电压信号来测量物体的电阻和电容，从而获得物体结构和材料性质的信息。
它显示出电路中各元件间及其相互作用的电性参数。
EIS运行的基本原理是将电化学反应表示为一系列电路，其中包括源极电阻，电容，介质电阻（吸附、氧化还原作用和电解质反应）和电偶电阻。
在EIS测量中，对电场源施加一个小的正弦波，测量电路产生的反应，从而推断出电路中各元件间及其相互作用的电性参数。
EIS几乎可以用于任何电化学反应，但它在电池技术，腐蚀控制和氧化物层厚度等领域得到了特别广泛的应用。
它可以用于分析电池技术，电池性能和衰减，以及电池温度、电解质和电池组成的影响。
此外，它也可以用于研究金属的腐蚀，检测和控制金属的腐蚀，并确定它的腐蚀速率。
EIS也可以用于测量涂镀物的厚度，氧化物的层厚度，以及氧化物的形成等。
EIS的创新技术EIS的最新技术和进展使用了非常复杂的算法，新型测量技术和传感器，可以对微小电流信号进行快速准确的检测，从而更好地了解电池技术，腐蚀控制和氧化物层厚度等。
其中一项创新技术是分子束外延（MBE）技术。
MBE技术可以将氧化物层厚度测量精确到纳米尺度，该技术使用三维彩色图像，可以更精确地测量氧化物的厚度和电阻。
另一项创新技术是电化学生物传感器技术，它可以用来检测病毒、细菌和其他有害物质，并可以用于快速检测和监测环境污染。
最新电化学曲线极化曲线阻抗谱分析
电化学曲线极化曲线阻抗谱分析一、极化曲线1.绘制原理铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a)当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。
在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：(1)I(Fe)的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。
图1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。
图2 铜合金在海水中典型极化曲线当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。
此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。
通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。
当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。
同理，可获得阴极极化曲线rdc。
2.图形分析（1）斜率斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。
斜率越大，反应阻力越大，腐蚀速率越小，越耐腐蚀。
（2）同一曲线上各各段形状变化如图2，在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。
这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。
（3）曲线随时间的变动以7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。
对于X轴，七天后曲线正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。
二、阻抗谱1.测量原理它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。
从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。
阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（| Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（Z,,）、相位移（θ）、频率（ω）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示。
电化学阻抗谱介绍
电化学阻抗谱介绍
电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）是一种用于研究电化学体系的分析技术。
它通过在电化学系统中施加交流信号并测量响应来获得样品的电化学特性信息。
电化学阻抗谱广泛应用于电化学领域，如电化学腐蚀、电化学储能、电解水、传感器等。
电化学阻抗谱通过在一定频率范围内扫描交流信号的大小和相位来测量电化学系统的阻抗。
在频率域内，电化学阻抗谱通常以复数形式表示，其中包括实部（电阻）和虚部（电抗）。
实部表示系统的电导，虚部表示系统的电容或电感。
电化学阻抗谱可以绘制成Bode图（频率对数坐标图）或Nyquist图（虚部对实部的图）。
通过分析电化学阻抗谱，可以获得许多电化学参数和信息，如电解质电阻、电荷传输电阻、电荷转移过程的速率常数、电极界面的双电层容量等。
这些参数对于了解电化学反应机制、界面特性以及材料性能具有重要意义。
电化学阻抗谱的实验操作相对简单，可以使用专用的电化学阻抗谱仪或多用途电化学工作站进行测量。
对于复杂的系统，可能需要进行数据拟合和模型分析来解释阻抗谱的特征和提取相关参数。
总之，电化学阻抗谱是一种重要的电化学分析技术，可提供关于电化学体系的电化学特性和界面特性的详细信息。
它在材料研究、电化学工程和能源领域中具有广泛的应用。
电化学阻抗谱的优缺点
电化学阻抗谱的优缺点全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：电化学阻抗谱（EIS）是一种非常有效的电化学技术，用来研究电极和电解质界面的电荷传输和质量传递。
通过在一定频率范围内应用交流电压或电流，并测量电流响应，可以获得电化学阻抗谱。
这种方法在材料科学、电化学工程和能源存储方面得到了广泛应用。
电化学阻抗谱的优点包括：1. 非破坏性测试：EIS只需要在待测系统中引入微小的交流电信号，因此不会对系统造成破坏，能够在实验室或现场快速进行测试。
2. 宽频率范围：EIS技术可以在很宽的频率范围内获得有效数据，从低频到高频都能提供对系统的全面了解。
这使得EIS成为研究电化学反应的理想工具。
3. 高精度：由于EIS对系统的响应进行精确测量，并且可通过拟合得到具有物理意义的参数，因此具有很高的精度和可靠性。
4. 可实时监测变化：EIS可以实时监测系统的变化，包括电极表面的化学变化、离子传输速率的增减等。
电化学阻抗谱也存在一些缺点：1. 实验条件要求严格：EIS需要较为严格的实验条件，如保持温度恒定、消除外界干扰等，以确保实验数据的准确性，这增加了实验的难度和成本。
2. 数据分析复杂：EIS所获得的数据需要经过复杂的数学处理和分析，例如拟合、模拟等，对研究人员的专业水平要求较高。
3. 仪器设备价格昂贵：EIS所需的仪器设备价格较高，对于一些研究实验室或个人研究者来说，可能难以承受。
4. 样品要求严格：EIS对待测样品的要求也比较严格，需要样品具有特定的尺寸、表面处理等条件，这限制了EIS的应用范围。
第二篇示例：首先来说说EIS的优点。
EIS具有高灵敏度和分辨率，可以检测到微弱的电化学响应信号。
这使得EIS在研究电极界面的微观过程和表面反应机制时非常有用。
EIS可以提供丰富的信息，如电荷传输过程、界面反应动力学、电解质传输特性等。
通过分析EIS谱图，可以深入了解电化学系统的性质。
EIS还具有非破坏性和实时监测的优点，可以在不破坏样品的情况下对其进行表征。
电化学阻抗谱(eis)
电化学阻抗谱(eis)英文回答：Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a powerful technique used to characterize the electrochemical properties of materials and interfaces. It involvesapplying a small-amplitude alternating current (AC) signalto an electrochemical cell and measuring the resulting current response. The impedance of the cell is then calculated as the ratio of the AC voltage to the AC current.EIS can be used to study a wide range ofelectrochemical phenomena, including:Corrosion: EIS can be used to study the corrosion behavior of metals and other materials. By measuring the impedance of a metal sample in a corrosive environment, itis possible to determine the rate of corrosion and the mechanisms involved.Battery performance: EIS can be used to study the performance of batteries. By measuring the impedance of a battery during charging and discharging, it is possible to determine the battery's capacity, efficiency, and self-discharge rate.Fuel cell performance: EIS can be used to study the performance of fuel cells. By measuring the impedance of a fuel cell during operation, it is possible to determine the cell's efficiency and power output.Sensor development: EIS can be used to develop new sensors. By measuring the impedance of a sensor in the presence of a target analyte, it is possible to determine the sensor's sensitivity and selectivity.EIS is a versatile technique that can be used to study a wide range of electrochemical phenomena. It is a powerful tool for understanding the behavior of materials and interfaces, and it has applications in a variety of fields, including corrosion science, battery research, fuel cell development, and sensor development.中文回答：电化学阻抗谱（EIS）是一种用于表征材料和界面的电化学性质的有效技术。
电化学阻抗谱知识点滴讲义基础篇修订版
1.3 电化学阻抗谱方法的特点详述 1.3.2 很适于测量快速的电极过程
原因：要求下一周期与上一周期可重复，电极随频率变化很快达到稳态。 电极过程：通电时发生在电极表面一系列串联的过程（传质过程、表面反应过程和电荷传递过 程）。
1.3.3 浓差极化不会积累性发展，但可通过交流阻抗将极化测量出来 ① 控制幅度小（电化学极化小）； ② 交替进行的阴、阳极过程，消除了极化的积累。
③ 等效电路不是唯一的。
2.1 几种典型阻抗的等效电路 ① Warburg阻抗（浓差极化、绝对等效电路）
Rcdx
Rcdx
小幅度正弦波
Cc dx
Cc dx
dx
dx
绝对等效电路(与信号无关)
Cw Rw Cw、Rw无明确物理arburg等效电路
2.1 几种典型阻抗的等效电路
1.3.4 Rr、Cd和RL是线性的，符合欧姆特征，近似常数（小幅度测量信号）
1.4 阻抗与导纳
对于一个稳定的线性系统M，如以一个角频率为 的正弦波电信号（电压或电流）X为激励信号（在电 化学术语中亦称作扰动信号）输入该系统，则相应地从该系统输出一个角频率也是 的正弦波电信号 （电流或电压）Y，Y即是响应信号。Y与X之间的关系可以用下式来表示：
§2 交流信号下电解池体系的等效电路及其简化
参
辅
研
Cd
Zw
RL
Rr
A. 交流信号作用下，电解池等效电路不唯一
Cs Rs
假若两等效电路都能代表电解池，则两等效电路等价。
B. 合理的等效电路 ① 等效电路只是电极过程的“净结果”，只有能反映出电极过程净结果的等效电路才是合理的；
② 相同电压下，流经电解池的电流与流经电解池对应等效电路的电流具有完全相同的幅值和相位， 则该等效电路建立合理（等效电路是否合理的判据）；
电化学阻抗谱分析详解
2021/5/27
9
线性条件
• 由于电极过程的动力学特点，电极过程速度随状态变量的变 化与状态变量之间一般都不服从线性规律。只有当一个状态 变量的变化足够小，才能将电极过程速度的变化与该状态变 量的关系作线性近似处理。故为了使在电极系统的阻抗测量 中线性条件得到满足，对体系的正弦波电位或正弦波电流扰 动信号的幅值必须很小，使得电极过程速度随每个状态变量 的变化都近似地符合线性规律，才能保证电极系统对扰动的 响应信号与扰动信号之间近似地符合线性条件。总的说来， 电化学阻抗谱的线性条件只能被近似地满足。我们把近似地 符合线性条件时扰动信号振幅的取值范围叫做线性范围。每 个电极过程的线性范围是不同的，它与电极过程的控制参量 有关。如：对于一个简单的只有电荷转移过程的电极反应而 言，其线性范围的大小与电极反应的塔菲尔常数有关，塔菲 尔常数越大，其线性范围越宽。
4.奇数级的括号表示并联组成的复合元件，偶数级的括
号则表示串联组成的复合元件。把０算作偶数，这一规 则可推广到第０级，即没有括号的那一级。例如，图.3 所表示的等效电路，可以看成是一个第０级的复合元件
2021/5/27
26
整个等效电路CDC表示为
(C((Q(R(RQ)))(C(RQ))))
第（５）条规则：
• 线性条件。当一个状态变量的变化足够小，才 能将电极过程速度的变化与该状态变量的关系 作线性近似处理。
• 稳定性条件。对电极系统的扰动停止后，电极 系统能回复到原先的状态，往往与电极系统的 内部结构亦即电极过程的动力学特征有关。
2021/5/27
8
因果性条件
• 当用一个正弦波的电位信号对电极系统进行 扰动，因果性条件要求电极系统只对该电位 信号进行响应。这就要求控制电极过程的电 极电位以及其它状态变量都必须随扰动信 号——正弦波的电位波动而变化。控制电极 过程的状态变量则往往不止一个，有些状态 变量对环境中其他因素的变化又比较敏感， 要满足因果性条件必须在阻抗测量中十分注 意对环境因素的控制。
电池的电化学阻抗谱(eis)
电池的电化学阻抗谱(eis)
电化学阻抗谱（EIS）是一种用于研究电池内部电化学反应的非侵入性技术。
它通过测量电池在不同频率下的交流阻抗来提供关于电池内部电阻和电容的信息。
EIS 可以提供有关电池的许多信息，例如电极表面的状态、电解液的离子传导性、电极和电解液之间的界面电阻等。
这些信息对于理解电池的性能和行为非常重要。
在EIS 测试中，电池被连接到一个交流电源，并在不同的频率下测量其阻抗。
然后将测量结果绘制为频率的函数，以获得阻抗谱。
EIS 可以用于研究各种类型的电池，包括锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池等。
它是一种非常有用的工具，可用于电池设计、开发和诊断。
电化学交流阻抗谱(免费)
保护膜
钝化膜
金属本体
金属腐蚀区
钝化膜
保护膜
4
3
2
1
1. 保护膜电容区 2. 保护膜阻抗区 3. 钝化膜电容区 4. 钝化膜阻抗区
电容随着频率减少而增加 阻抗不随频率而变化
保护膜层的阻抗变化
钝化膜层阻抗变化
(b) 微生物腐蚀机制的研究
Corrosion Science 49 (2007) 2159-2176
ic
ba b k 1 2.303 （ba +b k） Rp
极化曲线获取信息
1. 腐蚀电位(Ecorr)，腐蚀电流（icorr） 2. 获得Tafel参数（阴极极化斜率ba，阳极极 化斜率bk） 3. 研究防腐蚀机理，可以知道是阳极机制剂、 阴极抑制剂或者是混合型抑制剂。 4. 通过腐蚀电流可以计算腐蚀抑制效率 （IE%=1-i /i ）
Nyquist图 相位图 大致表征几个 时间常数
Zw
Rct Cdl Rs
Nyquist图 一个时间常数
电荷转移阻抗
双电层电容
界面阻抗
（B）两个时间常数
界面 电容
两个时间常数
常见的两个时间常数的电路图
CPEDL
（C）三个时间常数
ROX CPEOX
RSG
CPESG
常见的三个时间常数的电路图
1.4. 在腐蚀与防护中的应用
线性极化法
1. 快速测定金属腐蚀体系瞬间腐蚀速度 2. 对腐蚀体系的影响和干扰很少，重现性好 优点 3. 进行连续检测和现场监控，并且可以用于筛选金属 材料和缓蚀剂以及评价金属镀层的耐腐蚀性能
缺点
1. 另行测定或者从文献中选取的塔菲尔常数不能够反 映腐蚀速度随时间的变化情况 2. 线性极化区时近似的，准确度不是很高 3. 不适用于电导率较低的体系，应用范围受到限制
原位电化学阻抗谱 锂离子电池
原位电化学阻抗谱锂离子电池
原位电化学阻抗谱是一种用于研究锂离子电池性能的技术方法。
它通过对电池的电流和电势进行频率扫描，得到电池在不同频率下的阻抗谱。
阻抗谱可以反映锂离子电池内部的电化学过程和电池性能，包括电池的内电阻、电极和电解质界面特性、电化学反应速率等。
在使用原位电化学阻抗谱研究锂离子电池时，首先需要将电池装置安装在实验室中的测量系统中。
然后，在适当的工作条件下，如常温或特定温度下，通过改变电流和电势的频率，测量电池的阻抗响应。
根据测得的阻抗谱，可以分析电池的电化学行为，并评估电池的性能。
通过原位电化学阻抗谱，可以实时监测锂离子电池的状态变化，比如锂离子嵌入和脱出反应、电池寿命变化等。
这对于锂离子电池的研究和优化非常重要，可以提供更多关于电池内部过程的信息，为电池设计和使用提供指导。
最新最全的电化学阻抗谱(EIS)
一、基本知识1. 概念电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy，简写为 EIS)又叫交流阻抗谱，在电化学工作站测试中叫做交流阻抗(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，在三电极系统下，测量工作电极的阻抗。
常见的电化学阻抗谱有两种：一种叫做奈奎斯特图（Nyquist plot），一种叫作波特图（Bode plot）；还有一种相位图；奈奎斯特图和波特图：是论文中经常出现的图；相位图：在电化学测试过程中会出现，类似电极反应过程中阻抗变化图，常用于分析等效电路的构成，判断阻抗、电容等元件。
2. 基本理论当电极系统受到一个正弦波形电压(电流)的交流讯号的扰动时，会产生一个相应的电流(电压)响应讯号，由这些讯号可以得到电极的阻抗或导纳。
一系列频率的正弦波讯号产生的阻抗频谱，称为电化学阻抗谱。
注释：将电化学系统抽象作一个电路模型，这个等效电路就是由电阻（R）、电感（L）、电容（C）等基本元件按照串联或并联等不同方式组合而成，利用EIS可以测定等效电路的构成以及各个元件的大小，利用这些元件的电化学含义，来分析电化学系统的构成和电极反应过程的性质等。
3. 等效电路等效电路图示例：等效电路元件符合——名称——导纳——电阻R ——电阻—— 1/R —— RC ——电容—— jwC —— 1/jwC L ——电感—— 1/jwL —— jwLW ——无限扩散阻抗——Y_{o}\sqrt{(jw)} —— 1/Y_{o}\sqrt{(jw)}O ——有限扩散阻抗——Y_{o}\sqrt{(jw)}Coth(B\sqrt{(jw)}) ——Tanh(B\sqrt{(jw)})/Y_{o}\sqrt{(jw)}Q ——常相角元件—— Y_{o}(jw)^{a} ——1/Y_{o}(jw)^{a}物理参数溶液电阻 (R_{s}) ：工作电极和对电极之间的电解质之间的阻抗；电荷转移电阻 (R_{ct}) ：电化学反应动力学控制；双电层电容 (C_{dl}) ：工作电极于电解质之间电容；极化电阻 (R_{p}) ：当电位远离开路电位时，导致电极表面电流产生，电流受到反应动力学和反应物扩散的控制；扩散阻抗 (Z_{w}) ：反应物从溶液本体扩散到电极反应界面的阻抗；界面电容 (C) ：通常每一个界面之间都会存在一个电容；常相角元件（CPE） (Q) 、无限扩散阻抗 (W)、有限扩散阻抗 (O)、电感 (L) 等...PS：R_{p}\approx R_{ct}+Z_{w} ，但 R_{p}\ne R_{ct}+Z_{w} ；极化电阻通过极化曲线也可以得到（腐蚀电位出切线的斜率）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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
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
ZW
Rct
等效电路的阻抗：
1
Z
R
jCd
Rct
1
1/ 2 (1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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
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。
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。
Question 2
HOW — 怎么分析阻抗谱？
R
jCd
Rct
1
1/ 2 (1
j)
等效电路：
Cd
R
等效电路的阻抗：
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
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。
线性条件（linearity））
稳定性条件（stability）
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。
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 ''()
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
上海辰华chi系列
美国AMETEK 普林斯顿
瑞士万通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
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 )
2
i E sin(t )
XC
2
XC
1
C
电容的容抗（），电容的相位角=/2
奈奎斯特图 Nyquist plot
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。
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
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。
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'
''
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。
电化学阻抗谱
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 ……
Science, 2016, 353(6298): 467-470. J Solid State Electrochem (2005) 9: 421–428
Initial Freq / High Freq 105Hz—10-4Hz
Final Freq / Low Freq DC Voltage / Initial E AC Voltage / Amplitude 5 mV左右