1、,電化學(xué)阻抗原理及譜圖分析(EIS)Electrochemical Impedance Spectroscopy,NAME,Science, 2016, 353(6298): 467-470.,J Solid State Electrochem (2005) 9: 421428,電阻 R,電容 C,電感 L,研究的基本思路,由電阻、電容、電感等基本元件串并聯(lián)組合而成等效電路,Question,WHAT 什么是阻抗譜？,HOW 怎么分析阻抗譜？,Question 1,WHAT 什么是阻抗譜？,交流阻抗測試系統(tǒng)電化學(xué)工作站,上海辰華chi系列,天津蘭立科技LK系列,美國AMETEK 普林斯頓,荷蘭

2、Ivium,瑞士萬通Metrohm,德國ZAHNER,電化學(xué)工作站電極接口介紹,三電極體系：一般多見于和PC連接的電化學(xué)工作站,四電極體系：多見于電池測試系統(tǒng),五電極體系：多了一個感應(yīng)電極,電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義,給黑箱（電化學(xué)系統(tǒng)M）輸入一個擾動函數(shù)X，它就會輸出一個響應(yīng)信號Y。 用來描述擾動與響應(yīng)之間關(guān)系的函數(shù)，稱為傳輸函數(shù)G()。,如果X為角頻率為的正弦波電流信號，則Y即為角頻率也為的正弦電勢信號，此時，函數(shù)G() 稱之為系統(tǒng)的阻抗（impedance)， 用Z表示。,如果X為角頻率為的正弦波電勢信號，則Y即為角頻率也為的正弦電流信號，此時，函數(shù)G()就稱之為系統(tǒng)的導(dǎo)納（admitt

3、ance)， 用Y表示。,阻納,若G為阻抗，則有：,阻抗Z的模值：,阻抗的相位角為 ：,阻納G是一個隨變化的矢量，通常用角頻率（或一般頻率f，=2f）的復(fù)變函數(shù)來表示，即：,電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義,EIS技術(shù)就是測定不同頻率（f）的擾動信號 X 和響應(yīng)信號 Y 的比值，得到不同頻率下阻抗的實部Z、虛部Z”、模值|Z|和相位角，然后將這些量繪制成各種形式的曲線，就得到EIS抗譜。,電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義,奈奎斯特圖 Nyquist plot,波特圖 Bode plot,電化學(xué)系統(tǒng)的工作原理,EIS測量的前提條件,因果性條件（causality）,線性條件（linearity）,穩(wěn)定性條件

4、（stability）,輸出的響應(yīng)信號只是由輸入的擾動信號引起的。,輸出的響應(yīng)信號與輸入的擾動信號之間存在線性關(guān)系。電化學(xué)系統(tǒng)的電流與電勢之間是動力學(xué)規(guī)律決定的非線性關(guān)系，當采用小幅度的正弦波電勢信號對系統(tǒng)擾動，電勢和電流之間可近似看作呈線性關(guān)系。通常作為擾動信號的電勢正弦波的幅度在5mV左右，一般不超過10mV。,擾動不會引起系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，當擾動停止后，系統(tǒng)能夠回復(fù)到原先的狀態(tài)?？赡娣磻?yīng)容易滿足穩(wěn)定性條件；不可逆電極過程，只要電極表面的變化不是很快，當擾動幅度小，作用時間短，擾動停止后，系統(tǒng)也能夠恢復(fù)到離原先狀態(tài)不遠的狀態(tài)，可以近似的認為滿足穩(wěn)定性條件。,Question 2,HOW

5、 怎么分析阻抗譜？,正弦電勢信號：,正弦電流信號：,-角頻率,-相位角,電阻,純電阻，=0，,寫成復(fù)數(shù)：,實部：,虛部：,寫成復(fù)數(shù)：,電容,電容的容抗（），電容的相位角=/2,實部：,虛部：,電阻R和電容C串聯(lián)的RC電路,串聯(lián)電路的阻抗是各串聯(lián)元件阻抗之和,Nyquist 圖上為與橫軸交于R與縱軸平行的一條直線。,實部：,虛部：,電組R和電容C并聯(lián)的電路,并聯(lián)電路的阻抗的倒數(shù)是各并聯(lián)元件阻抗倒數(shù)之和,實部：,虛部：,消去，整理得：,圓心為 (R/2，0), 半徑為R/2的圓的方程,Nyquist 圖上為半徑為R/2的半圓,阻抗是一個復(fù)數(shù)，可表示為實部 ZRe和虛部 ZIm兩部分， 因此，所得到

6、的EIS譜圖也是以這兩部分為x，y軸。典型的EIS結(jié)果是“半圓+尾巴”的曲線，如下圖所示：,等效電路的阻抗：,等效電路：,0,阻抗是一個復(fù)數(shù)，可表示為實部 ZRe和虛部 ZIm兩部分， 因此，所得到的EIS譜圖也是以這兩部分為x，y軸。典型的EIS結(jié)果是“半圓+尾巴”的曲線，如下圖所示：,等效電路的阻抗：,等效電路：,阻抗是一個復(fù)數(shù)，可表示為實部 ZRe和虛部 ZIm兩部分， 因此，所得到的EIS譜圖也是以這兩部分為x，y軸。典型的EIS結(jié)果是“半圓+尾巴”的曲線，如下圖所示：,等效電路的阻抗：,等效電路：,Nyquist 圖上擴散控制表現(xiàn)為斜率為1的直線。,阻抗譜測試中的主要參數(shù)設(shè)置,Initial Freq / Hi