Autolab交流阻抗拟合方法简介、电化学阻抗

nullnull电化学仪器 电化学仪器和附件来自： ECO CHEMIE, BV Utrecht, The Netherlandsnull 非模块式仪器 模块式仪器Autolab III / FRA2PGSTAT12/FRA2 PGSTAT302/FRA2 PGSTAT100/FRA2null为什么用EIS?不能单独使用 数据解释有时比较困难限制 性能 涂料，腐蚀，电池，燃料电池，半导体界面 研究 腐蚀，钝化，电扩散，电沉积应用原位 非破坏性null电化学阻抗: 对于特殊材料 涂层涂料 - 混凝土中的铁 - 不锈钢 - 特殊合金 - 恒电流沉积 - 金属精饰控制 - 表面处理控制 - 绝缘控制 - 陶瓷，玻璃沉积 null理论 欧姆定律给出直流电位和直流电流的简单关系:   E = i R (1)当有交流参与时，关系式为:   Eac = iac Z (2), 其中Z为阻抗 null对于实际的 电解池，实 际会有多个 接触的界面。nullWECEREPOTENTIOSTAT GALVANOSTATDiff. ampl.sDEFGABCHI实际只讨 论这部分null+ - + - + - + - + -Solution ResistanceCapacitor double layerDEPolarization ResistancenullINSIDE AND OUTSIDE CIRCUITnull高频可认为是交流信号低频可认为是直流信号nullAveraging in FRAHigh FrequencyLow FrequencyMid FrequencynullRsolRctCdl DEF高频时，电容可导通低频时，电阻可导通null形成Nyquist图的投影形成Bode图nullBode图: lg(Z)~lg(f) 和 φ~lg(f)Nyquist图: Z’ ~ -Z”nullCdlRp ( RC)并联元件[RC]串联元件null常用元件: 电阻 R电位与电流同相，相位角: 00null常用元件: 电容 C 电位与电流异相， 相位角: 900nullCPE 常相元素 CONSTANT PHASE ELEMENT可认为是表面粗糙度不佳 的一种特殊的电容n = 1 可认为是理想电容 n = 0 可认为是纯电阻CIRCUIT ELEMENTZ = 1/ Q nQ =nullnull n = 1 Q = C n  1 n = 0.8 Q  C nullRS Electrolyte resistance CP Paint capacitance, measure of the water uptake by paint RP Paint resistance, measure of paint porosity CDL Double layer capacity, measure of the delamination of paint RCT Charge transfer resistance, corrosion rate of the substrate ZWAR Warburg impedance, measure of the diffusion resistance nullAnalitycal Corrosion semiconductorBatteries Fuel cellsnull单纯电阻: R不管高、低频，均呈 现出相位角为零的状态null单纯电容: C不管高、低频， 均呈现出90度 相位角。nullQJUST A MEMBRANEnull电阻与电容串联[RC]高频时，电阻不能导通，故只呈现出低相位角RRC频率稍低时，可以理解为电阻稍稍导通， 部分到达电容处，故呈现出相位角稍高。低频时，电阻完全导通，全部到达电容处，故呈现极高的相位角null电阻与电容并联(RC)高频时，全部由电容处通过低频时，全部由电阻处通过中段频率时，可认为部分由电容 处通过，部分由电阻处通过nullR(RC)低频高频C1R2C1R1R2R1R1R1+R2nullR(RQ)(RQ)所有复杂的曲线，均可由以上的基础图形分段得到。null复合体系注意：这三种等效电路的曲线都一样! 必须结合实际体系来选择合适用的电路。nullMETAL COATINGSTEEL实例: 平板电解池null注意：在实际的曲线当中，Bode图与Nyquist图 形不能分开，有时，Bode图可以给出很准确的 模型，有时Nyquist则能给出更佳的模型。nullR(RQ)(RQ)nullR(RQ)(RQ)nullR(RQ)(RQ)nullWE SCE RE膜内部的扩散FARADAY CAGE常用元件: 扩散阻抗W / T / O / GnullBATTERIESnullR1(C[R2W])扩散元件: W通常扩散都发生在低频的 时候,故一般与电阻串联!nullR1(C[R2W])C or CPE与电阻串联!null特例： LIQUID – LIQUID INTERFACE 液-液界面的扩散WATERSOLVENTnullWRW没有界面双电层！nullR(RQ)(RQ)T另一种扩散: TnullR ( Q [RO])另一种扩散: Onull还有一种扩散: GnullnullWT= 混合型扩散: gas (air) diffusionnull常用元件: 感抗 L(1) 非屏蔽线引起的感抗；(2) 因不可逆过程引起的感抗；— 相位角：-900— 通常出现在最高频位置。— 在Nyquist图中出现绕圈的形状。— 通常出现在中、低频区。nullL = LR(RC) R(Q(R[(RL)(RQ)])) R(Q(R[RL])) Z = j ω L感抗nullLRQ(1) 出现在最高频区的L——非屏蔽线引起的感抗nullR(Q(R[(RL)(RQ)]))出现在中段的感抗， 通常来自于: 表面物质发生反应 表面发生化学修饰nullMETHANOL FUEL CELL PT ELECTRODER(Q(R[RL]))末端感抗通常来自于： 表面反应物的吸附末端的感抗综述：常用的电路元件综述：常用的电路元件  Description Code Parameters Impedance Admittance 阻抗元件 R R Z = R Y = 1/R 容抗元件 C C Z = -i/(wC) Y = iwC 感抗元件 L L Z = iwL Y = -i/(wL) 常相元件 Q Y0 and n Z = 1/(Y0iw)n Y = (Y0iw) n Warburg阻抗元件 W Y0 Z = 1/Y0 (iw)1/2 Y = Y0 (iw)1/2 双曲正切阻抗元件 T Y0 and B Y = Y0 (iw)1/2 Tanh[B(iw) 1/2] 双曲余切阻抗元件 O Y0 and B Y = Y0 (iw)1/2 Coth[B(iw)1/2 ] Gerischer阻抗元件 G Y0 and Ka Y = Y0 (Ka+iw) 1/2null最后，给大家一个忠告： 交流阻抗进行模拟与拟合的目的，不是为了拟合而拟合， 而是为了解释各自的实际体系内部的各种状态！null特例:当选用两个半圆的结构时:仅1.7e-1!当采用以下的结构时:R(C[R(QR)])(QR)1.955e-2nullECO CHEMIE, B.V. Utrecht, The Netherlands Tel: +31 30 2893154 • Fax: +31 30 2880715 http://www.ecochemie.nl • autolab@ecochemie.nl中国，香港，新加坡中文网站：http://www.autolab-china.com