電化學(xué)交流阻抗測(cè)量原理

電化學(xué)交流阻抗測(cè)量(cèliáng)原理阻抗根本定義：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ω的正弦波電信號(hào)X〔電壓或電流(diànliú)〕輸入該系統(tǒng)，相應(yīng)的從該系統(tǒng)輸出一個(gè)角頻率為ω的正弦波電信號(hào)Y〔電流(diànliú)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{。XYG=Y/X歐姆定律：E(電壓)=I(電流(diànliú))×Z(阻抗)M第一頁(yè)，共27頁(yè)。電化學(xué)交流阻抗測(cè)量(cèliáng)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(diànwèi)擾動(dòng)幅度：通常5~10mV交流電壓〔Voltage〕:Et=E0sin(ωt)交流電流〔Current〕:It=I0sin(ωt+?)交流阻抗〔Zω〕:Z=Et/It第二頁(yè)，共27頁(yè)。交流導(dǎo)納〔Yω〕: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(qízhōng)：ω=2πf，f為交流電信號(hào)頻率

電化學(xué)交流(jiāoliú)阻抗測(cè)量原理第三頁(yè)，共27頁(yè)。交流(jiāoliú)阻抗測(cè)量原理第四頁(yè)，共27頁(yè)。第五頁(yè)，共27頁(yè)。第六頁(yè)，共27頁(yè)。等效電路元件(yuánjiàn)頻率響應(yīng)電阻〔〕：Z=R；?=0電容〔C〕：Z=1/jωC;?=-90電感(diànɡǎn)〔L〕：Z=jωL;?=90常相位角元件〔CPE〕Z=(1/ω0V)(jω/ω0)-α;Thales表示法Z=(1/Q)(jω)-α;Zman表示法Z=A(jω)-ɑ;Gamry表示法其中：ω=2πf，ω0=2π×1000

第七頁(yè)，共27頁(yè)。ɑ=-1時(shí)電感(diànɡǎn)；擴(kuò)散阻抗〔Warburg〕Zw=W(jω)-1/2;Thales表示法Zw=W-1(jω)-1/2;Zman表示法Zw=W(jω)-1/2;Gamry表示法

等效電路元件(yuánjiàn)頻率響應(yīng)第八頁(yè)，共27頁(yè)。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(shǐde)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。

第九頁(yè)，共27頁(yè)。ZHIT轉(zhuǎn)換：將相位對(duì)頻率(pínlǜ)變化的曲線經(jīng)過(guò)ZHIT轉(zhuǎn)換后得到阻抗模值隨頻率(pínlǜ)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。第十頁(yè)，共27頁(yè)。電極(diànjí)/溶液界面的等效電路未補(bǔ)償?shù)娜芤弘娮琛睷u〕Ru=L/(σA)；σ--為電導(dǎo)率，A--電極面積L--為工作(gōngzuò)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WECdlRuRef第十一頁(yè)，共27頁(yè)。電化學(xué)工作站原理圖

第十二頁(yè)，共27頁(yè)。四電極(diànjí)連接示意圖第十三頁(yè)，共27頁(yè)。二電極(diànjí)連接示意圖第十四頁(yè)，共27頁(yè)。三電極(diànjí)連接示意圖第十五頁(yè)，共27頁(yè)。四電極(diànjí)連接示意圖第十六頁(yè)，共27頁(yè)。第十七頁(yè)，共27頁(yè)。第十八頁(yè)，共27頁(yè)。電化學(xué)交流阻抗(zǔkàng)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(mǎnzú)擬合軟件所控制的誤差條件為止?？捎脭M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)。第十九頁(yè)，共27頁(yè)。常用(chánɡyònɡ)的阻抗譜圖BODE圖：阻抗(zǔkàng)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(zǔkàng)復(fù)數(shù)平面圖〕：阻抗(zǔkàng)虛部為縱坐標(biāo)，阻抗(zǔkàng)實(shí)部為橫坐標(biāo)作圖。第二十頁(yè)，共27頁(yè)。第二十一頁(yè)，共27頁(yè)。SIM交流阻抗擬合(nǐhé)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)提示該元件的初始值。等效電路可分成多個(gè)局部，然后進(jìn)行串/并聯(lián)連接。每個(gè)局部等效電路可實(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(chákàn)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。第二十二頁(yè)，共27頁(yè)。EIS、IMVS、IMPS比照(bǐzhào)第二十三頁(yè)，共27頁(yè)。EIS、IMPS、IMVS原理(yuánlǐ)第二十四頁(yè)，共27頁(yè)。交流(jiāoliú)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(shíjiān)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〕第二十五頁(yè)，共27頁(yè)。交流(jiāoliú)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(fàngdiàn)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。12、控制光強(qiáng)度的同時(shí)測(cè)量太陽(yáng)能電