電化學(xué)交流阻抗測(cè)量原理

1、 電化學(xué)交流阻抗測(cè)量原理 阻抗基本定義： 對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的線性系統(tǒng)M，如果以一個(gè)角頻率為的正弦波電信 號(hào) X（電壓或電流）輸入該系統(tǒng)，相應(yīng)的從該系統(tǒng)輸出一個(gè)角頻 率為 的正弦波電信號(hào)Y（電流或電壓）, 此時(shí) 線性系統(tǒng)的頻響 函數(shù) G=Y/X就是阻抗或?qū)Ъ{。 X Y G = Y / X 歐姆定律：E(電壓)= I(電流) Z(阻抗)M 電化學(xué)交流阻抗測(cè)量原理 直流電阻：可看做頻率為0時(shí)的交流阻抗 交流阻抗測(cè)量條件：因果性，線性，穩(wěn)定性，有限性。正弦波電位擾動(dòng)幅度：通常5 10mV交流電壓（Voltage）: Et = E0sin(t)交流電流（Current）: It = I0sin(t + )交

2、流阻抗（Z）: Z = Et / It 交流導(dǎo)納（Y）: Y = It / Et交流阻抗矢量（或復(fù)數(shù)）表示法： Ztotal = Zreal + Zimag （實(shí)部） （虛部） 阻抗模值：|Z|2 = Zreal2 + Zimag2 = E0 / I0 相位角： tan = - Zimag / Zreal 其中： = 2f，f為交流電信號(hào)頻率 電化學(xué)交流阻抗測(cè)量原理交流阻抗測(cè)量原理等效電路元件頻率響應(yīng)電阻（）：Z = R； = 0電容（C）： Z = 1/jC; = -90電感（L）： Z = jL; = 90常相位角元件（CPE） Z = (1/0V) (j/0)-; Thales表示法 Z

3、 = (1/Q) (j)-; Zman表示法 Z = A(j)-; Gamry表示法 其中： = 2f，0 = 21000 =0時(shí)電阻；=1時(shí)電容；=0.5時(shí)Warburg阻抗 =-1時(shí)電感；擴(kuò)散阻抗（Warburg） Zw = W (j)-1/2 ; Thales表示法 Zw = W-1 (j)-1/2 ; Zman表示法 Zw = W (j)-1/2 ; Gamry表示法 等效電路元件頻率響應(yīng) 電化學(xué)交流阻抗等效電路模型 用電子元件構(gòu)建電路模型，通過(guò)擬合計(jì)算元件參數(shù)值，使得該電路模型的交流阻抗譜圖與實(shí)際測(cè)量的交流阻抗譜圖一致 交流阻抗譜圖擬合得到的等效電路不是唯一的，必須針對(duì)實(shí)際的被測(cè)量體

4、系進(jìn)行合理的物理過(guò)程解釋，對(duì)等效電路中的每個(gè)元件說(shuō)明其物理意義。 ZHIT轉(zhuǎn)換： 將相位對(duì)頻率變化的曲線經(jīng)過(guò)ZHIT轉(zhuǎn)換后 得到阻抗模值隨頻率的變化曲線。 K-K轉(zhuǎn)換（Kramers-Kronig）： 交流阻抗譜圖實(shí)部和虛部的關(guān)系。電極/溶液界面的等效電路未補(bǔ)償?shù)娜芤弘娮瑁≧u） Ru = L/(A)； -為電導(dǎo)率，A-電極面積 L-為工作電極與參比電極之間的距離 雙電層電容（Cdl）: 電極和溶液界面 之間的電容 WE Cdl Ru Ref 電化學(xué)工作站原理圖 四電極連接示意圖二電極連接示意圖三電極連接示意圖四電極連接示意圖電化學(xué)交流阻抗譜圖解析根據(jù)測(cè)量得到的EIS譜圖，確定等效電路。根據(jù)已

5、建立的等效電路，設(shè)置各個(gè)元件的參數(shù)值。應(yīng)用等效電路擬合軟件，自動(dòng)調(diào)整各個(gè)元件的參數(shù)值，使得等效電路的EIS譜圖與測(cè)量的EIS譜圖逐漸逼近，直到滿足擬合軟件所控制的誤差條件 為止。 可用擬合軟件查看在頻率坐標(biāo)范圍內(nèi)的擬合誤差分布圖、各個(gè)元件的影響頻譜圖、預(yù)測(cè)阻抗等效 電路在更低頻率或更高頻率范圍內(nèi)的變化趨勢(shì)。常用的阻抗譜圖 BODE圖： 阻抗模值的對(duì)數(shù)log|Z|和相位角對(duì)相同的橫坐標(biāo)頻率的對(duì)數(shù)logf作圖。 Nyquist圖（阻抗復(fù)數(shù)平面圖）： 阻抗虛部為縱坐標(biāo)，阻抗實(shí)部為橫坐標(biāo)作圖。SIM交流阻抗擬合特點(diǎn)： 從交流阻抗BODE圖曲線上直接選擇頻率數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后 選擇阻抗元件類型，軟件自動(dòng)提示該

6、元件的初始值。 等效電路可分成多個(gè)部分，然后進(jìn)行串/并聯(lián)連接。 每個(gè)部分等效電路可實(shí)現(xiàn)所有阻抗元件的串/并聯(lián)連接 等效擬合時(shí)選取數(shù)據(jù)點(diǎn)方式：自動(dòng)選點(diǎn)、手動(dòng)選點(diǎn)。 等效電路擬合后可查看每個(gè)元件的頻率響應(yīng)分布圖。 等效電路頻譜圖的頻率坐標(biāo)可任意設(shè)置。EIS、IMVS、IMPS對(duì)比EIS、IMPS、IMVS原理 交流阻抗測(cè)量方法 1、開(kāi)路電位：交流電壓擾動(dòng)法，交流電流擾動(dòng)法 2、恒電位：交流電壓擾動(dòng)法 3、恒電流：交流電流擾動(dòng)法 4、恒電流：交流電壓擾動(dòng)法 5、時(shí)間參數(shù)變化，一系列測(cè)量交流阻抗 6、恒電位參數(shù)變化，一系列測(cè)量交流阻抗 7、恒電流參數(shù)變化，一系列測(cè)量交流阻抗 8、RMUX多通道變化，一系列測(cè)量交流阻抗（4/10V） 交流阻抗測(cè)量方法 9、PAD4多通道同時(shí)測(cè)量交流阻抗（4V/輸入阻抗200K） 10、電池循環(huán)充、放電的同時(shí)測(cè)量交流阻抗 11、固定單一頻率系列測(cè)量交流阻抗，可實(shí)現(xiàn)交流阻抗（或電容） 對(duì)電位變化、電流變化、時(shí)間變化等一 系列測(cè)量。 1