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電化學阻抗譜
(物理學術語)
鎖定
電化學阻抗譜(Electrochemical Impedance Spectroscopy,簡稱EIS):給電化學系統施加一個頻率不同的小
振幅的交流電勢波,測量交流電勢與電流信號的比值(此比值即為系統的阻抗)隨正弦波頻率ω的變化,或者是阻抗的
相位角Φ隨ω的變化。
- 中文名
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電化學阻抗譜
- 外文名
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Electrochemical Impedance Spectroscopy
- 簡 稱
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EIS
- 用 途
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研究電極材料、固體電解質等
電化學阻抗譜定義
阻抗譜Bode圖
電化學阻抗譜(Electrochemical Impedance Spectroscopy,簡稱EIS):給電化學系統施加一個頻率不同的小
振幅的
交流信號,測量交流信號電壓與電流的比值(此比值即為系統的阻抗)隨正弦波頻率ω的變化,或者是阻抗的
相位角Φ隨ω的變化。進而分析
電極過程動力學、
雙電層和擴散等,
研究電極材料、
固體電解質、
導電高分子以及
腐蝕防護等機理。
阻抗譜Nyquist圖
電化學阻抗譜研究思路
將電化學系統看做是一個
等效電路,這個等效電路是由電阻(R)、電容(C)和電感(L)等基本元件按串並聯等不同方式組合而成的。通過EIS,可以測定等效電路的構成以及各元件的大小,利用這些元件的電化學含義,來分析電化學
系統的結構和
電極過程的性質等。
電化學阻抗譜測定方法
給黑箱(電化學系統)輸入一個擾動函數X,它就會輸出一個響應信號Y。用來描述擾動信號和響應信號之間關係的函數,稱為
傳輸函數。若系統內部結構是線性的穩定結構,則
輸出信號就是擾動信號的
線性函數。
如果f是
角頻率為ω的正弦波電流信號,則g即為角頻率也是ω的正弦電勢信號。此時將g/f稱為系統的阻抗,用Z表示;而將f/g稱為系統的
導納,用Y表示。
阻抗和導納統稱為阻納,用G表示。阻抗和導納互為
倒數關係,Z=1/Y。二者關係與電阻和
電導相似。
電化學阻抗譜測量條件
因果性條件:輸出的響應信號只是由輸入的擾動信號引起的。
線性條件:輸出的響應信號與輸入的擾動信號之間存在線性關係。電化學系統的電流與電勢之間是
動力學規律決定的非
線性關係,當採用小幅度
正弦波電勢信號對
系統擾動,電勢和電流之間可以近似看做呈線性關係。
穩定性關係:擾動不會引起系統內部結構發生變化,當擾動停止後,系統能夠恢復到原先的狀態,
可逆反應容易滿足
穩定性條件,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,擾動停止後,系統也能夠恢復到離原先狀態不遠的狀態,可以近似認為滿足穩定性條件。
電化學阻抗譜研究特點
1,由於採用小幅度的正弦電勢信號對系統進行微擾,電極上交替出現陽極和
陰極過程(也就是氧化和還原過程),二者作用相反。因此,即使擾動信號長時間作用於電極,也不會導致極化現象的積累性發展和電極
表面狀態的積累性變化。因此EIS法是一種“
準穩態方法”。
2,由於電勢和電流間存在着線性關係,
測量過程中電極處於準穩態,使得
測量結果的數學處理簡化。