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1、,电化学阻抗原理及谱图分析(EIS)Electrochemical Impedance Spectroscopy,NAME,Science,2016,353(6298):467-470.,J Solid State Electrochem(2005)9:421428,电阻 R,电容 C,电感 L,研究的基本思路,由电阻、电容、电感等基本元件串并联组合而成等效电路,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,天津兰立科技LK系列,美国AMETEK 普林斯顿,荷兰Ivium,
2、瑞士万通Metrohm,德国ZAHNER,电化学工作站电极接口介绍,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,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()称之为系统的阻抗（impedance)，用Z表示。,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()就称之为系统的导纳（admittance)，用Y表
3、示。,阻纳,若G为阻抗，则有：,阻抗Z的模值：,阻抗的相位角为：,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：,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。,电化学系统的交流阻抗的含义,奈奎斯特图 Nyquist plot,波特图 Bode plot,电化学系统的工作原理,EIS测量的前提条件,因果性条件（causality）,线性条件（linearity）,稳定性条件（stability）
4、,输出的响应信号只是由输入的扰动信号引起的。,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。,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？,正
5、弦电势信号：,正弦电流信号：,-角频率,-相位角,电阻,纯电阻，=0，,写成复数：,实部：,虚部：,写成复数：,电容,电容的容抗（），电容的相位角=/2,实部：,虚部：,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,Nyquist 图上为与横轴交于R与纵轴平行的一条直线。,实部：,虚部：,电组R和电容C并联的电路,并联电路的阻抗的倒数是各并联元件阻抗倒数之和,实部：,虚部：,消去，整理得：,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
6、x，y轴。典型的EIS结果是“半圆+尾巴”的曲线，如下图所示：,等效电路的阻抗：,等效电路：,0,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：,等效电路的阻抗：,等效电路：,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：,等效电路的阻抗：,等效电路：,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,Initial Freq/High FreqFinal Freq/Low FreqDC Voltage/Initial EAC Voltage/Amplitude,105Hz10-4Hz,5 mV左右,
