电化学阻抗谱（EIS）原理及谱图分析.pptxVIP
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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: 421–428
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
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Ｍ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Ｍ的导纳（admittance)， 用Y表示。
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）
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：
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 Freq
Final Freq / Low Freq
DC Voltage / Initial E
AC Voltage / Amplitude
105Hz—10-4Hz
5 mV左右
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