電化學(xué)阻抗譜(EIS)是一種“準穩態(tài)頻率域測量方法”,它可測量電勢和電流間存在著(zhù)線(xiàn)性關(guān)系。具體地說(shuō)就是給電化學(xué)系統施加一個(gè)頻率不同的小振幅的交流電勢波,這個(gè)交流電勢波與電流信號的比值,我們稱(chēng)為系統的阻抗。
什么是電化學(xué)阻抗譜?
電化學(xué)阻抗譜即通過(guò)測量阻抗隨正弦波頻率的變化,進(jìn)而分析電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)、雙電層和擴散等,研究電極材料、固體電解質(zhì)、導電高分子以及腐蝕防護等機理。
電化學(xué)阻抗譜(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,簡(jiǎn)稱(chēng)EIS):給電化學(xué)系統施加一個(gè)頻率不同的小振幅的交流電勢波,測量交流電勢與電流信號的比值(此比值即為系統的阻抗)隨正弦波頻率ω的變化,或者是阻抗的相位角Φ隨ω的變化。
為什么我們要用電化學(xué)阻抗譜?
電化學(xué)阻抗譜是一種重要的電化學(xué)測試技術(shù),被廣泛地應用在鋰電池的狀態(tài)監測中,也可以用在鋰離子電池的正、負極材料的研究中。我國對鋰電池的使用環(huán)境、外觀(guān)、技術(shù)指標以及絕緣等方面提出了一系列的要求,同時(shí),也對充放電特性做出了特殊規定。
由于鋰離子電池具有能量比高、自放電小、可長(cháng)時(shí)間存放、資源豐富、材料成本低等特點(diǎn),因此,它已經(jīng)成為便攜式電子產(chǎn)品的理想電源。但是,由于鋰電池其自身的缺點(diǎn),如:鋰電池安全性差,有發(fā)生爆炸的危險;鋰電池需要保護線(xiàn)路,不能大電流放電,也不能過(guò)充過(guò)放電?;谝陨线@些優(yōu)缺點(diǎn),鋰電池的檢測越來(lái)越受到重視。
電化學(xué)阻抗譜的工作原理
如果擾動(dòng)信號是一個(gè)小幅度的正弦波電信號,那么響應信號通常也是一個(gè)同頻率的正弦波電信號,此時(shí)傳輸函數G(ω)被稱(chēng)為頻率響應函數或簡(jiǎn)稱(chēng)為頻響函數。
Y(響應信號)=G(ω)X(激勵信號)
若:X為正弦交流電流信號;Y為正弦交流電勢信號;G(ω)為阻抗(impedance),用Z表示。
若:X為正弦交流電勢信號;Y為正弦交流電流信號;G(ω)為導納(admittance),用Y表示。
Z,Y合稱(chēng)為阻納(immittance),用G來(lái)表示。
電化學(xué)阻抗為矢量,常寫(xiě)成復數形式,復數是由實(shí)部和虛部構成的。
電化學(xué)阻抗Z寫(xiě)成復數為:Z=Z'+jZ''
復阻抗Z是電路元件對電流的阻礙作用和移相作用的反應。
電化學(xué)阻抗譜的應用:交流阻抗系統
交流阻抗系統作為電化學(xué)工作的常用工具,是一個(gè)強力設計和制造精密和快速電化學(xué)測量?jì)x器,主要包括各種恒電位/恒電流儀、阻抗分析儀、多路轉換器、多通道恒電位/恒電流儀、多路阻抗分析儀以及電化學(xué)阻抗綜合測試分析軟件。其中就利用了電化學(xué)阻抗譜的工作原理和技術(shù),使得其可為有機涂層、腐蝕緩蝕劑、傳感器、電池、燃料電池及其相關(guān)材料性能研究等眾多應用研究提供有價(jià)值的信息。