1、电化学阻抗原理及谱图分析(EIS)Electrochemical Impedance SpectroscopyNAMEScience,2016,353(6298):467-470.J Solid State Electrochem(2005)9:421428 电极过程动力学分析：双电层和和扩散等 研究电极材料 固体电解质 导电高分子 腐蚀防护机理应用应用电阻 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 QuestionWHAT 什么是阻抗谱？HOW 怎么分析阻抗谱？Question 1WHAT 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
2、天津兰立科技LK系列美国AMETEK 普林斯顿荷兰Ivium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XYG（）M 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
3、数G()就称之为系统的导纳（admittance)，用Y表示。阻纳若G为阻抗，则有：ZZjZ实部Z虚部Z|Z|(Z,Z)阻抗Z的模值：2 2 ZZZ阻抗的相位角为：tanZZ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：()()()GGjG电化学系统的交流阻抗的含义u 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log|Z|/deg奈奎斯特图 Nyquist plot波特图 Bode plot锁
4、相放大器频谱分析仪阻抗频率Eeqt电化学阻抗法交流伏安法阻抗测量技术阻抗模量、相位角频率E=E 0sin(t)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）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
5、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 2HOW 怎么分析阻抗谱？正弦电势信号：正弦电流信号：-角频率-相位角电阻iRe)sin(tREi纯电阻，=0，RZR0 RZZ-Z写成复数：RZC实部：虚部：)/1(CjjXZCC0CZCZC/1 Z-Z*写成复数：电容dtdeCi)2sin(tCEi)2sin(tXEiCCXC1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)1
6、(CjRZZZCRRZ CZ/1 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222)(1)(11111RCCRjRCRCjRZZZCR实部：虚部：2)(1RCRZ jZZZ22)(1 RCCRZ2222 2RZRZ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)1(112/1ctdjRCjRZCdRctR ZW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
7、曲线，如下图所示：等效电路的阻抗：等效电路：02/ctRR CdRctR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：ctd11RCjRZ)1(112/1ctdjRCjRZCdRctR ZW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/Amplitude105Hz10-4Hz5 mV左右
