电化学交流阻抗测量原理

电化学交流阻抗测量原理第一页，共27页。

电化学交流阻抗测量原理直流电阻：可看做频率为0时的交流阻抗交流阻抗测量条件：因果性，线性，稳定性，有限性。正弦波电位扰动幅度：通常5~10mV交流电压（Voltage）:Et=E0sin(ωt)交流电流（Current）:It=I0sin(ωt+ɸ)交流阻抗（Zω）:Z=Et/It第二页，共27页。交流导纳（Yω）:Y=It/Et交流阻抗矢量（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为交流电信号频率

电化学交流阻抗测量原理第三页，共27页。交流阻抗测量原理第四页，共27页。第五页，共27页。第六页，共27页。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

第七页，共27页。

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第八页，共27页。电化学交流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，使得该电路模型的交流阻抗谱图与实际测量的交流阻抗谱图一致交流阻抗谱图拟合得到的等效电路不是唯一的，必须针对实际的被测量体系进行合理的物理过程解释，对等效电路中的每个元件说明其物理意义。

第九页，共27页。ZHIT转换：

将相位对频率变化的曲线经过ZHIT转换后

得到阻抗模值随频率的变化曲线。K-K转换（Kramers-Kronig）：

交流阻抗谱图实部和虚部的关系。第十页，共27页。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第十一页，共27页。电化学工作站原理图

第十二页，共27页。四电极连接示意图第十三页，共27页。二电极连接示意图第十四页，共27页。三电极连接示意图第十五页，共27页。四电极连接示意图第十六页，共27页。第十七页，共27页。第十八页，共27页。电化学交流阻抗谱图解析根据测量得到的EIS谱图，确定等效电路。根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谱图逐渐逼近，直到满足拟合软件所控制的误差条件为止。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、预测阻抗等效电路在更低频率或更高频率范围内的变化趋势。第十九页，共27页。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。第二十页，共27页。第二十一页，共27页。SIM交流阻抗拟合特点：从交流阻抗BODE图曲线上直接选择频率数据点，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所有阻抗元件的串/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任意设置。第二十二页，共27页。EIS、IMVS、IMPS对比第二十三页，共27页。EIS、IMPS、IMVS原理第二十四页，共27页。

交流阻抗测量方法1、开路电位：交流电压扰动法，交流电流扰动法2、恒电位：交流电压扰动法3、恒电流：交流电流扰动法4、恒电流：交流电压扰动法5、时间参数变化，一系列测量交流阻抗6、恒电位参数变化，一系列测量交流阻抗7、恒电流参数变化，一系列测量交流阻抗8、RMUX多通道变化，一系列测量交流阻抗（4/10V）第二十五页，共27页。

交流阻抗测量方法

9、PAD4多通道同时测量交流阻抗（4V/输入阻抗200K）10、电池循环充、放电的同时测量交流阻抗11、固定单一频率系列测量交流阻抗，可实现交流阻抗（或电容）

对电位变化、电流变化、时间变化等一系列测量。12、控制光强度的同时测量太阳能电池的交流阻