电化学交流阻抗测量原理详解

电化学沟通阻抗测量原理阻抗基本定义：对于一个稳定的线性系统M，假如以一个角频率为ω的正弦波电信号X（电压或电流）输入该系统，相应的从该系统输出一个角频率为ω的正弦波电信号Y（电流或电压）,此时线性系统的频响函数G=Y/X就是阻抗或导纳。XYG=Y/X欧姆定律：E(电压)=I(电流)×Z(阻抗)M电化学沟通阻抗测量原理直流电阻：可看做频率为0时的沟通阻抗沟通阻抗测量条件：因果性，线性，稳定性，有限性。正弦波电位扰动幅度：通常5~10mV沟通电压（Voltage）:Et=E0sin(ωt)沟通电流（Current）:It=I0sin(ωt+ɸ)沟通阻抗（Zω）:Z=Et/It沟通导纳（Yω）:Y=It/Et沟通阻抗矢量（或复数）表示法：Ztotal=Zreal+Zimag（实部）（虚部）阻抗模值：|Z|2=Zreal2+Zimag2=E0/I0相位角：tanɸ=-Zimag/Zreal其中：ω=2πf，f为沟通电信号频率

电化学沟通阻抗测量原理沟通阻抗测量原理等效电路元件频率响应电阻（）：Z=R；ɸ=0电容（C）：Z=1/jωC;ɸ=-90电感（L）：Z=jωL;ɸ=90常相位角元件（CPE）Z=(1/ω0V)(jω/ω0)-α;Thales表示法Z=(1/Q)(jω)-α;Zman表示法Z=A(jω)-ɑ;Gamry表示法其中：ω=2πf，ω0=2π×1000

α=0时电阻；ɑ=1时电容；ɑ=0.5时Warburg阻抗

ɑ=-1时电感；扩散阻抗（Warburg）Zw=W(jω)-1/2;Thales表示法Zw=W-1(jω)-1/2;Zman表示法Zw=W(jω)-1/2;Gamry表示法

等效电路元件频率响应电化学沟通阻抗等效电路模型用电子元件构建电路模型，通过拟合计算元件参数值，使得该电路模型的沟通阻抗谱图与实际测量的沟通阻抗谱图一样沟通阻抗谱图拟合得到的等效电路不是唯一的，必需针对实际的被测量体系进行合理的物理过程说明，对等效电路中的每个元件说明其物理意义。

ZHIT转换：将相位对频率变更的曲线经过ZHIT转换后得到阻抗模值随频率的变更曲线。K-K转换（Kramers-Kronig）：沟通阻抗谱图实部和虚部的关系。电极/溶液界面的等效电路未补偿的溶液电阻（Ru）Ru=L/(σA)；σ--为电导率，A--电极面积L--为工作电极与参比电极之间的距离双电层电容（Cdl）:电极和溶液界面之间的电容WECdlRuRef电化学工作站原理图

四电极连接示意图二电极连接示意图三电极连接示意图四电极连接示意图电化学沟通阻抗谱图解析依据测量得到的EIS谱图，确定等效电路。依据已建立的等效电路，设置各个元件的参数值。应用等效电路拟合软件，自动调整各个元件的参数值，使得等效电路的EIS谱图与测量的EIS谱图渐渐靠近，直到满足拟合软件所限制的误差条件为止。可用拟合软件查看在频率坐标范围内的拟合误差分布图、各个元件的影响频谱图、预料阻抗等效电路在更低频率或更高频率范围内的变更趋势。常用的阻抗谱图BODE图：

阻抗模值的对数log|Z|和相位角对相同的横坐标频率的对数logf作图。Nyquist图（阻抗复数平面图）：阻抗虚部为纵坐标，阻抗实部为横坐标作图。SIM沟通阻抗拟合特点：从沟通阻抗BODE图曲线上干脆选择频率数据点，然后选择阻抗元件类型，软件自动提示该元件的初始值。等效电路可分成多个部分，然后进行串/并联连接。每个部分等效电路可实现全部阻抗元件的串/并联连接等效拟合时选取数据点方式：自动选点、手动选点。等效电路拟合后可查看每个元件的频率响应分布图。等效电路频谱图的频率坐标可随意设置。EIS、IMVS、IMPS对比EIS、IMPS、IMVS原理沟通阻抗测量方法1、开路电位：沟通电压扰动法，沟通电流扰动法2、恒电位：沟通电压扰动法3、恒电流：沟通电流扰动法4、恒电流：沟通电压扰动法5、时间参数变更，一系列测量沟通阻抗6、恒电位参数变更，一系列测量沟通阻抗7、恒电流参数变更，一系列测量沟通阻抗8、RMUX多通道变更，一系列测量沟通阻抗（4/10V）沟通阻抗测量方法9、PAD4多通道同时测量沟通阻抗（4V/输入阻抗200K）10、电池循环充、放电的同时测量沟通阻抗11、固定单一频率系列测量沟通阻抗，可实现沟通阻抗（或电容）对电位变更、电流变更、时间变更等一系列测量。