文档介绍：电化学交流阻抗谱简介

电化学阻抗法:
电化学阻抗法是电化学测量的重要方法之一。
以小振幅的正弦波电势(或电流)为扰动信号,使电极系统产生近似线性关系的响应,测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱,以此来研究电极系统的方法就是电化学阻抗谱(EIS),又称交流阻抗法(AC Impedance)。
阻抗:电阻与电抗在向量上的和,用Z表示。
特点:
(1)由于使用小幅度(一般小于10 mV)对称交流电对电极进行极化,当频率足够高时,每半周期持续时间很短,不会引起严重的浓差极化及表面状态变化。在电极上交替进行着阴极过程与阳极过程,同样不会引起极化的积累性发展,避免对体系产生过大的影响。
(2)由于可以在很宽频率范围内测量得到阻抗谱, 因而与其它常规的电化学方法相比,能得到更多电极过程动力学信息和电极界面结构信息。

阻抗:电阻与电抗在向量上的和,用Z表示。
导纳:阻抗的倒数,用Y表示。
Z’
Z’’
θ
Y’
Y’’
θ
交流阻抗Z的复平面表示
交流导纳Y的复平面表示
阻抗的大小:
阻抗Z是电路元件对电流的阻碍作用和移相作用的反映。对于纯电阻电路,其阻抗就是电阻 R:ZR=R
对于纯电感电路,其阻抗为:ZL=jXL=jωL
对于纯电容电路,其阻抗为:Zc=-jXc=-j/ωC
复阻抗的串联:
当电路中有多个元件串联时,总的复阻抗等于各串联复阻抗的和。例如一个电阻、一个电感L和一个电容C串联时,总复阻抗z为:
简单元件:电阻、电容和电感
电阻R:阻抗Z为 Z‘=R,Z’‘=0, |Z|= R ,θ=0
电流和电压相位相同
电容C:阻抗Z为 Z‘=0,Z’‘=1/ωC, |Z|= 1/ωC ,θ=π/2
电流的相位超前电压π/2
电感L:阻抗Z为 Z‘=0,Z’‘=ωL, |Z|= ωL ,θ= -π/2
电流的相位落后电压π/2
Rs和Cs串联电路
tanθ=1/RsCsω
Z’’=1/ωCs ,
Z’=Rs,
RS
CS
由上式可见:
1、在高频时,由于ω很大,RsCsω>>1,于是|Z|≈Rs,tanθ≈0,电流和电压的相位接近相等。整个电路相当于仅由电阻Rs组成。
2、在低频时,由于ω很小,RsCsω<<1,于是|Z|≈ 1/ωCs ,tanθ≈∞,电流和电压的相位接近于超前π/2。整个电路相当于仅由电容Cs组成。
3、处于高频和低频之间有一个特征频率ωc,其值为ωc=1/RsCs,当ω=ωc时,|Z|= ,特征频率的倒数RsCs称为这一电路的时间常数。
R和C并联的电路
Rp
CS
如果将Rp与Cp的并联电路再串联一个电阻Rs,其阻抗为
其Nyquist方程变为
补充:
Rp
CS
Rs