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ω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ω 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)

2、= 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(ωt)?交流電流（Current）: It = I0sin(ωt + ?)?交流阻抗（Zω）: Z = Et / It,交流導(dǎo)納（Yω）:

3、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：ω = 2πf，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

4、電路元件頻率響應(yīng),電阻（?）：Z = R； ? = 0電容（C）： Z = 1/jωC; ? = -90電感（L）： Z = jωL; ? = 90常相位角元件（CPE） Z = (1/ω0?V) ? (jω/ω0)-α; Thales表示法 Z = (1/Q) ? (jω)-α; Zman表示法 Z = A(jω)-ɑ;

5、 Gamry表示法 其中：ω = 2πf，ω0 = 2π×1000 α=0時(shí)電阻；ɑ=1時(shí)電容；ɑ=0.5時(shí)Warburg阻抗,ɑ=-1時(shí)電感；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

6、 Zw = W ? (jω)-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)量體系進(jìn)行合理的物理過程解釋，對(duì)等效電路中的每個(gè)元件說明其物理意義。,? ZHIT轉(zhuǎn)換： 將相位對(duì)頻率變化的曲線經(jīng)過ZHI

7、T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/(σ?A)； σ--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

8、 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

9、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

10、動(dòng)提示該元件的初始值。? 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、開路電位：交流電壓擾動(dòng)法，交流電流擾動(dòng)法 2、恒電位

11、：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

12、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。 12、控制光強(qiáng)度的同時(shí)測(cè)量太陽能電池的交流阻抗 13、控制太陽能電池短路放電的同時(shí)測(cè)量交流阻抗