当前位置：文档之家 › 电化学阻抗谱理论、案例分析与ZsimpWin

电化学阻抗谱理论、案例分析与ZsimpWin

  • 格式：pdf
  • 大小：1.16 MB
  • 文档页数：26

下载文档原格式

  / 26

合集下载

电化学阻抗谱课件

电化学阻抗谱课件
电化学阻抗谱
电 化 学 阻 抗 谱 (Electrochemical Impedance Spectroscopy，简写为 EIS)，早期的电化 学文献中称为交流阻抗(AC Impedance)。 阻抗测量原本是电学中研究线性电路网 络频率响应特性的一种方法，引用到研 究电极过程，成了电化学研究中的一种 实验方法。
电化学阻抗谱
数据处理的途径
阻抗谱的数据处理有两种不同的途径： • 依据已知等效电路模型或数学模型的数据
处理途径 • 从阻纳数据求等效电路的数据处理途径
电化学阻抗谱
阻纳数据的非线性最小二乘法拟合原理
• 一般数据的非线性拟合的最小二乘法 若且G已是知变函量数X和的m具个体参表量达C式1，：C2，…,Cm的非线性函数，
5. 若在右括号后紧接着有 一个左括号与之相邻， 则在右括号中的复合元 件的级别与后面左括号 的复合元件的级别相同。 这两个复合元件是并联 还是串联，决定于这两 个复合元件的CDC是放 在奇数级还是偶数级的 括号中。
电化学阻抗谱
计算等效电路阻纳
根据上述５条规则，可以写出等效电路的电路 描述码（CDC），就可以计算出整个电路的阻 纳。
电化学阻抗谱
拟合过程主要思想如下 ：
假设我们能够对于各参量分别初步确定一个近似 值C0k , k = 1, 2, …, m，把它们作为拟合过程的初 始值。令初始值与真值之间的差值 C0k – Ck ＝ k, k = 1, 2, …, m， 于是根据泰勒展开定理可将Gi 围绕C0k , k = 1, 2, …, m 展开,我们假定各初始值C0k与其真值非常 接近，亦即，k非常小 (k = 1, 2, …, m)， 因此可 以忽略式中 k 的高次项而将Gi近似地表达为 ：
G=G( X,C1，C2，…,Cm ） 个就C2测，是在量…控要值，制根（C变据mn量的这>X数mn的值）个数，：测值使g量为1得，X值将g12，，来这X…些估2，，参定…g量mn,的。X个n估非时参定线，量值性测C代拟到1 入合，n 非线性函数式后计算得到的曲线（拟合曲线）与实 验有测随量机数误据差符，合不得能最从好测。量由值于直测接量计值算g出i (im=个1,参2,…量,，n) 而只能得到它们的最佳估计值。

以DSSC为例,图解EIS(电化学阻抗谱)原理、表征和Zview拟合

以DSSC为例,图解EIS(电化学阻抗谱)原理、表征和Zview拟合

以DSSC为例，图解EIS（电化学阻抗谱）原理、表征和Zview拟合首先以DSSC为例，其工作原理及结构如图1所示：图1 DSSC结构及工作原理DSSC中的电子过程分以下几个部分：图2为上述过程的图解图2. DSSC电子过程1.EIS 工作基本原理电化学阻抗谱方法是一种以小振幅正弦波电位(或电流)为扰动信号的电化学测量方法。

对于一个稳定的线性系统M,如以一个角频率为w的正弦波电信号(电压或电流)x为激励信号输入该系统,相应的从该系统输出一个角频率为w的正弦波电信号(电流或电压)Y,Y即是响应信号。

Y与x之间的关系为:Y= G(w)·X式中G为频率的函数,即频响函数,它反映系统M的频响特性,由M的内部结构所决定。

因而可以从G随x与Y的变化情况获得线性系统内部结构的有用信息。

如染料敏化太阳能电池的内部电子传输过程可以看作一个黑箱模型M, 对M进行动态处理如图3所示如果扰动信号X为正弦波电流信号,而Y为正弦波电压信号,则称G为系统M的阻抗。

对于阻抗一般用z来表示,阻抗是一个随频率变化的矢量,用变量为角频率w的复变函数表示。

即(用Z'表示实部,Z''表示虚部)征,从这两种图中就可以对系统进行阻抗分析。

2．拟合原理和表征利用zview拟合可以直接获得样品的传输电阻(R t)、界面电阻（R ct）、界面电容C ch等等效电路元件信息,从而为研究DSC内部的电子传输特性提供依据图4.DSSC的传输线模型对于理想DSC来说,R t与R ct主要决定电池在稳态下的工作输出。

DSC在EIS测试中的基本相应为高频段是一段直线,一般称作韦伯(warburg)特性,低频段是一个半圆。

直线对应电子传输过程,半圆对应于电子的转移过程。

图5a中可以看到(R t固定为100欧),半圆的直径对应R ct的值,随着R ct的增加而增加;图5(b)显示(R ct固定为300欧),R t的值为直线在实轴上投影的3倍,随着R t的增加,直线的长度增加。

电化学阻抗谱的应用和解析

电化学阻抗谱的应用和解析

电化学阻抗谱的应⽤和解析电化学阻抗谱的应⽤及其解析⽅法交流阻抗发式电化学测试技术中⼀类⼗分重要的⽅法,是研究电极过程动⼒学和表⾯现象的重要⼿段。

特别是近年来,由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越⾼,超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步,对阻抗谱解析的⾃动化程度越来越⾼,这就使我们能更好的理解电极表⾯双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终⽌以及活性物质的吸脱附过程。

1. 阻抗谱中的基本元件交流阻抗谱的解析⼀般是通过等效电路来进⾏的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。

实际测量中，将某⼀频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成⼀个电容，把电极本⾝、溶液及电极反应所引起的阻⼒均视为电阻，则等效电路如图1所⽰。

Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/ACab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/ARt Fixed(X)0N/A N/ACd'Fixed(X)0N/A N/AZf'Fixed(X)0N/A N/ARb Free(+)10000N/A N/A Data File:Mode:图中AB 分别表⽰电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra,Rb 分别表⽰电极材料本⾝的电阻,Cab 表⽰研究电极与辅助电极之间的电容,Cd 与Cd ’表⽰研究电极和辅助电极的双电层电容,Zf 与Zf ’表⽰研究电极与辅助电极的交流阻抗。

通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动⼒学参数及测量信号的频率，Rl 表⽰辅助电极与⼯作电极之间的溶液电阻。

⼀般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界⾯阻抗Z 。

实际测量中，电极本⾝的阻很⼩，且辅助电极与⼯作电极之间的距离较⼤，故电容Cab ⼀般远远⼩于双电层电容Cd 。

4.电化学阻抗谱的测量与解析

4.电化学阻抗谱的测量与解析

北京理工大学能源与化学工程实验预习报告 姓名 班级 学号实验日期2016年 5 月 4 日 指导教师____ ___________同组姓名 成绩_______________实验名称 电化学阻抗谱的测量与解析一、 实验目的1.了解应用电化学阻抗谱进行电化学研究的基本原理。

2.熟悉应用CHI 电化学工作站进行各种方法电化学测量的基本步骤。

3.初步掌握应用CHI 电化学工作站测量电化学阻抗谱的基本方法。

4.初步掌握应用Zsimpwin 软件进行电化学阻抗谱解析的方法。

二、 实验内容和原理交流阻抗方法应用于电化学体系时，也称为电化学阻抗谱法(Electrochemical 电化学 Impedance 阻抗 Spectroscopy 谱)。

该方法是指控制通过电极的电流(或点位)在小幅度条件下随时间按正弦规律变化，同时测量作为其相应的电极电位(或电流)随时间的变化规律，或直接测量电极的交流阻抗(或导纳)。

由于该方法具有线性关系简化、交流平稳态以及扩散等效电路集中参数化等优势，该方法已经成为研究电极过程动力学和点击表面现象最重要的方法之一。

如一个正弦交流电压可表示成：)1(sin )(0 t E t E ω=式中，E 0为交流电压的幅值，ω是角频率。

一个电路的交流阻抗是一个矢量，这个矢量的模值为：00I E Z =，矢量的幅角为Ψ。

也可表示为： )2()sin (cos Im Re jZ Z j Z Z -=ψ-ψ= Z Re 称为阻抗的实部，Z Im 称为阻抗的虚部。

ψ=cos Re Z Z ，ψ=sin Im Z Z由于该方法在一个很宽的频率范围内对电极系统进行测量，因而可以在不同的频率范围内分别得到溶液电阻，双电层电容及电化学反应电阻的有关信息。

在更为复杂的情况下，不但可以在不同的频率得到有关参数的信息，而且可得到阻抗谱的时间常数个数及有关动力学过程的信息，从而可推断电机系统中包含的动力学过程及机理。

电化学阻抗谱与数据处理与解析

电化学阻抗谱与数据处理与解析

G 0, k 1,2,...,m Ck
可以写成一个由m个线性代数方程所组成的 方程组
从方程组可以解出 1 , 2 , .... , m 的值，将其代 入下式，即可求得Ck 的估算值：
Ck ＝ C0k + k, k = 1, 2, …, m，
计算得到的参数估计值Ck比C0k 更接近于真值。 在这种情况下可以用由上式 求出的Ck作为新的初 始值C0k，重复上面的计算，求出新的Ck 估算值 这样的拟合过程就称为是“均匀收敛”的拟合过 程。
按规则(1)将这一等效电路表示为： R CE-1 按规则(2)，CE-1可以表示为（Q CE-2）。因此 整个电路可进一步表示为： R(Q CE-2) 将复合元件CE-2表示成(Q(W CE-3))。整个等效 电路就表示成： R(Q(W CE-3)) 剩下的就是将简单的复合元件 CE-3 表示出来。 应表示为（RC）。于是电路可以用如下的 CDC 表示： R(Q(W(RC)))
电化学阻抗谱方法是一种以小振幅的 正弦波电位（或电流）为扰动信号的电化 学测量方法。由于以小振幅的电信号对体 系扰动，一方面可避免对体系产生大的影 响，另一方面也使得扰动与体系的响应之 间近似呈线性关系，这就使测量结果的数 学处理变得简单。
同时，电化学阻抗谱方法又是一种频 率域的测量方法，它以测量得到的频率范 围很宽的阻抗谱来研究电极系统，因而能 比其他常规的电化学方法得到更多的动力 学信息及电极界面结构的信息。
0 0 G G( X, C1 , C0 , C 2 m ) + 1 m
G Ck C k
S (gi - G i ) (gi - G i 1
2 0 1 1
n
n
m
G Ck ) 2 Ck

(完整版)电化学曲线极化曲线阻抗谱分析

(完整版)电化学曲线极化曲线阻抗谱分析

电化学曲线极化曲线阻抗谱分析一、极化曲线1.绘制原理铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a)当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。

在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：(1)I(Fe)的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。

图1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。

图2 铜合金在海水中典型极化曲线当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。

此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。

通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。

当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。

同理，可获得阴极极化曲线rdc。

2.图形分析（1）斜率斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。

斜率越大，反应阻力越大，腐蚀速率越小，越耐腐蚀。

（2）同一曲线上各各段形状变化如图2，在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。

这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。

（3）曲线随时间的变动以7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。

对于X轴，七天后曲线正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。

二、阻抗谱1.测量原理它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。

从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。

阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（| Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（Z,,）、相位移（θ）、频率（ω）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示。

zview软件拟合电化学阻抗图解

zview软件拟合电化学阻抗图解————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：前些天传了个zview软件，最近又看到很多人在问这个，今天有点时间，干脆简单怎么使用。

1.导入数据[有人PM我，说看不到图，估计是最近教育网连google不畅之故，因为我的图是上传至google空间的。

今天索性把图重新上传至本坛，以消除此问题。

另，如果图有错，请pm我][第二次重新上传部分不能显示图，呵呵，留影，看看还会不会再出错07-07-17][Last edit by maxwell]仪器采购指南：电化学工作站电化学配件PH电极关键词：拟合zview入门交流阻抗谱相关帖子：【资料】电化学噪声的分析与应用1支持：15次感谢：10次2006-9-12 19:29:00 1楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]2.数据格式要求：只要是三列数据，如下图：实部、虚部和频率即可；[Last edit by maxwell]相关帖子：【讨论】电解池的设计2006-9-12 19:32:00 2楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]3.激活数据：[Last edit by maxwell]相关帖子：【原创】介绍一个论坛，染料敏化太阳能电池论坛2006-9-12 19:33:00 3楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]4.删除不需要的数据，也就是zview不能拟合的部分：[Last edit by maxwell]相关帖子：【求助】请问什么叫微分析系统?2006-9-12 19:35:00 4楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]5.即时拟合，也就是为后面的拟合获取初值：1）这个需要一个一个元件单独进行，如图中1处所标，选中部分准备进行即时拟合；2）这里忘标了，在左上角打框的地方，点击它就是即时拟合了；3）选择适宜的等效元件，如2处所标识，获得初值[Last edit by maxwell]相关帖子：【求助】哪位高手有Zview的说明2006-9-12 19:48:00 5楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]6.建立适宜的等效电路，这个取决于自己的体系：[Last edit by maxwell]相关帖子：【原创】文献查询群及介绍一个文献查询交流的好论坛2006-9-12 19:52:00 6楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]7.把1处的数据，用鼠标抓起来，丢到2处去：[Last edit by maxwell]相关帖子：【分享】电镀中间体在多层镀镍体系中的应用.2006-9-12 19:54:00 8楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]8.把1处的fixed改称free，为拟合作准备：点击2开始拟合，但在拟合前还有个地方需要部补充一下，因为有张图丢失了，没心情去补，描述如下：这张图左上方有个model，点击进去将mode改为fitting才能拟合。

电化学交流阻抗拟合原理与方法

G =G' +jG''
有关复数和电工学知识－复数
复数的概念
（1）复数的模
Z Z ' Z ''
2 2
（2）复数的辐角（即相位角）
Z '' arctg Z'
（3）虚数单位乘方
j 1 j 1
2
（4）共轭复数
3
j j
Z Z ' jZ ''
Z Z ' jZ ''
复数表示法
（1）坐标表示法
Z' Z '' Z Z ' Z '' cos sin
2 2
（2）三角表示法 Z Z ' jZ '' Z cos j Z sin （3）指数表示法
Z Z e j
复数的运算法则
加减 (a jb) (c jd ) (a c) j (b d ) 乘除 (a jb) (c jd ) (ac bd ) j(bc ad )
Rp2Cd Z'' 1 ( Rp Cd ) 2
2 溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS
Nyquist图
Z' 1 RpCd Rp
2
Z''
1 RpCd
Rp2Cd
Rp Rp 2 Z ' Z '' 2 2
1 RpCd
2
Cd Rp RL ( RL Rp )
lg Z lg(RL Rp ) lg 1 j 2 lg 1 j1

电化学阻抗谱-原理及应用

电化学阻抗谱-原理及应用简答题：1 已知一复杂电化学系统的电路描述码为R(Q(W(RC)))，请画出其等效电路图。

答：2 简述电极上的法拉第反应过程包括哪些主要步骤？答：电化学反应是复相化学反应,其一般形式为O + ne = R式中O为化合物的氧化态，R为其对应的还原态，e为电子，n为氧化还原反应转移的电子数。

整个反应过程也是复杂，有很多步骤组成：1）O从溶液本体迁移到电极/溶液界面;2）O在电极表面上吸附;3）在电极上得到电子,还原成R4）R从电极表面解吸5）R从电极/溶液界面迁移到溶液本体步骤2到4称为活化过程,步骤1和5称为传质过程.这个过程称为法拉第过程.论述题3: 阻抗谱分析技术在太阳能电池领域中的应用（以染料敏化太阳能电池为例）染料敏化太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置，主要包括以下几部分：光阳极(TiO2、ZnO、SnO2等)，染料，电解液，对电极等[1]。

染料敏化太阳能电池光电转化效率降低的主要原因是电子和空穴的复合，表现在电化学参数中为界面电阻的增大。

Hauch[2]等人使用交流阻抗研究电池的电阻，通过简单的等效电路模型分析电阻RCT。

另外一些研究小组采用交流阻抗对电池中的载流子的传输机理进行研究，但他们的结果并不十分一致。

各个研究小组采用各种电化学和光学测试对光电极的反应机理进行研究,指出电子从染料注入到阳极材料的导带的过程是一个“超快”过程[3]，交流阻抗还是分析发生在对电极和阳极之间物理-化学过程的强大工具。

下面将对交流阻抗的原理，等效电路模型及其在染料敏化太阳能电池中的应用做了一个简单的介绍。

1 交流阻抗简介交流阻抗方法是一种以小振幅的正弦波电位(或电流)为扰动信号的电化学测量方法。

由于以小振幅的电信号对体系扰动，一方面可避免对体系产生大的影响，另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线性关系，这就使测量结果的数学处理变得简单。

交流阻抗法就是以不同频率的小幅值正弦波扰动信号作用于电极系统，由电极系统的响应与扰动信号之间的关系得到的电极阻抗，推测电极的等效电路，进而可以分析电极系统所包含的动力学过程及其机理，由等效电路中有关元件的参数值估算电极系统的动力学参数，如电极双电层电容、电荷转移过程的反应电阻、扩散传质过程参数等。

zview软件拟合电化学阻抗图解

zview软件拟合电化学阻抗图解————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：前些天传了个zview软件，最近又看到很多人在问这个，今天有点时间，干脆简单怎么使用。

1.导入数据[有人PM我，说看不到图，估计是最近教育网连google不畅之故，因为我的图是上传至google空间的。

今天索性把图重新上传至本坛，以消除此问题。

另，如果图有错，请pm我][第二次重新上传部分不能显示图，呵呵，留影，看看还会不会再出错07-07-17][Last edit by maxwell]仪器采购指南：电化学工作站电化学配件PH电极关键词：拟合zview入门交流阻抗谱相关帖子：【资料】电化学噪声的分析与应用1支持：15次感谢：10次2006-9-12 19:29:00 1楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]2.数据格式要求：只要是三列数据，如下图：实部、虚部和频率即可；[Last edit by maxwell]相关帖子：【讨论】电解池的设计2006-9-12 19:32:00 2楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]3.激活数据：[Last edit by maxwell]相关帖子：【原创】介绍一个论坛，染料敏化太阳能电池论坛2006-9-12 19:33:00 3楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]4.删除不需要的数据，也就是zview不能拟合的部分：[Last edit by maxwell]相关帖子：【求助】请问什么叫微分析系统?2006-9-12 19:35:00 4楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]5.即时拟合，也就是为后面的拟合获取初值：1）这个需要一个一个元件单独进行，如图中1处所标，选中部分准备进行即时拟合；2）这里忘标了，在左上角打框的地方，点击它就是即时拟合了；3）选择适宜的等效元件，如2处所标识，获得初值[Last edit by maxwell]相关帖子：【求助】哪位高手有Zview的说明2006-9-12 19:48:00 5楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]6.建立适宜的等效电路，这个取决于自己的体系：[Last edit by maxwell]相关帖子：【原创】文献查询群及介绍一个文献查询交流的好论坛2006-9-12 19:52:00 6楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]7.把1处的数据，用鼠标抓起来，丢到2处去：[Last edit by maxwell]相关帖子：【分享】电镀中间体在多层镀镍体系中的应用.2006-9-12 19:54:00 8楼：RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱（入门篇）maxwell (maxwell)技术：军士长财富：温饱积分：870 经验：130 声望：68 时长：3510[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]8.把1处的fixed改称free，为拟合作准备：点击2开始拟合，但在拟合前还有个地方需要部补充一下，因为有张图丢失了，没心情去补，描述如下：这张图左上方有个model，点击进去将mode改为fitting才能拟合。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

Y=G()X
EIS理论分析
⚫ 函数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：
G() = G '() + jG ''()
j = −1
若G为阻抗，则有： 阻抗Z的模值： 阻抗的相位角为
Z = Z '+ jZ ''
Z = Z '2 + Z ''2
tan
=
−Z Z'
''
⚫ 溶液电阻R除了溶液的欧姆电阻外，还包括体系中的其它可能存在的欧姆电阻，如电极表面膜的欧姆 电阻、电池隔膜的欧姆电阻、电极材料本身的欧姆电阻等。
EIS理论分析
电荷传递和扩散过程混合控制的EIS
平板电极上的反应：
电极过程由电荷传递过程和扩散过程共同控制，电化学极化和浓差极化同 时存在时，则电化学系统的等效电路可简单表示为：
⚫ 从Nyquist 图上可以直接求出R和Rct。 0
⚫ 由半圆顶点的可求得Cd。 半圆的顶点P处：
PCd Rct = 1
• →，ZRe→R • →0，ZRe→R+Rct
P
R + Rct / 2
=
R
+
Rct 2
Cd
=
1
Rct
EIS理论分析
注意：
⚫ 在固体电极的EIS测量中发现，曲线总是或多或少的偏离半圆轨迹，而表现为一段圆弧，被称为容抗弧， 这种现象被称为“弥散效应”，原因一般认为同电极表面的不均匀性、电极表面的吸附层及溶液导电性差 有关，它反映了电极双电层偏离理想电容的性质。
3. 稳定性条件（stability）: 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。
EIS理论分析
G（）
X
M
Y
⚫ 给白箱（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()。若系统的内部结构是线性的稳定结 构，则输出信号就是扰动信号的线性函数。
⚫ 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，传输函数G()也是频率的函 数，称为频响函数，这个频响函数就称之为系统Ｍ的阻抗 （impedance)， 用Z表示。
如果电极过程由电荷传递过程（电化学反应步骤）控制，扩散过程引起的阻抗可以忽略，则电化学系统的 等效电路可简化为：
Z
=Hale Waihona Puke R+1
jCd +
1 Rct
Z=
−j
Cd R
等效电路的阻抗：
实部：
圆心为
Rct
消去，整理得：
(R
+
Rct 2
,
0)
半径为
Rct 圆的方程 2
虚部：
EIS理论分析
⚫ 电极过程的控制步骤为电化学反应 步骤时， Nyquist 图为半圆，据此可 以判断电极过程的控制步骤。
结构信息。
EIS理论分析
简单电路的基本性质 正弦电势信号： --角频率
正弦电流信号：
--相位角
EIS理论分析
1. 电阻
欧姆定律： e = iR
纯电阻，=0，
写成复数： 实部： 虚部：
ZC = R
Z
' R
=
R
Z
'' R
=0
-Z'' Z'
Nyquist 图上为横轴（实部）上一个点
i = E sin(t)
电化学阻抗谱分析讨论
Analysis and Discussion of EIS
1. EIS理论分析 2. EIS案例分析 3. ZsimpWin
EIS理论分析
电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS） — 给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流 正弦电势波，测量交流电势与电流信号的比值（系统的阻抗）随正弦波频率的变化，或者是阻抗的相位角随的 变化。
虚部Z''
(Z',Z'')
|Z|
实部Z'
EIS理论分析
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。
log|Z| / deg
Nyquist plot
高频区
低频区
R
EIS理论分析
电容
i = C de i = CE sin(t + )
dt
2
i = E sin(t + )
XC
2
XC
=
1
C
电容的容抗（），电容的相位角=/2
写成复数： 实部： 虚部：
ZC = − jX C = − j(1/ C) ZC' = 0 ZC'' = −1/ C
Nyquist 图上为与纵轴（虚部）重合的一条直线
1 Z
=
1 ZR
+
1 ZC
=
1 R
+
jC
R
= 1+ (RC)2
−
R 2C j 1+ (RC)2
实部：
R
Z ' = 1+ (RC)2
虚部：
Z
'
'
=
−
1
R 2C + (RC)
2
消去，整理得：
Z
'−
R
2
+
Z
'
'2
=
R
2
2
2
圆心为 (R/2，0), 半径为 R/2的圆的方程
EIS理论分析
电荷传递过程控制的EIS
Bode plot
EIS理论分析
EIS测量的前提条件
1. 因果性条件（causality）:输出的响应信号只是由输入的扰动信号引起的的。
2. 线性条件（linearity）: 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。
EIS的特点
1. 由于采用小幅度的正弦电势信号对系统进行微扰，电极上交替出现阳极和阴极过程，二者作用相反，因此，即 使扰动信号长时间作用于电极，也不会导致极化现象的积累性发展和电极表面状态的积累性变化。因此EIS法是 一种“准稳态方法”。
2. 由于电势和电流间存在线性关系，测量过程中电极处于准稳态，使得测量结果的数学处理简化。 3. EIS是一种频率域测量方法，可测定的频率范围很宽，因而比常规电化学方法得到更多的动力学信息和电极界面
* -Z'' *
***
Z'
EIS理论分析
电组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
Z
=
ZR
+
ZC
=
R
−
j( 1 )
C
实部： Z ' = R
虚部： Z '' = −1/ C
Nyquist 图上为与横轴 交于R与纵轴平行的一 条直线。
EIS理论分析
4. 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