测电化学eis分析分析eis时图像为什么会乱

电化学阻抗谱(eis
Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)
Electrochemical Impedance Spectra(EIS)
Electrochemical impedance spectroscopy(EIS)
electrochemical impedance spectrum(EIS)
应用电化学阻抗谱(EIS)方法研究了铝青铜的腐蚀溶解机制。
The corrosion dissolution mechanism of Al-bronze has been investigated by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) at different anodic potentials.
采用阳极极化和电化学阻抗谱(EIS)技术研究了AZ31镁合金的电化学腐蚀行为。
The electrochemical behavior of AZ31 Mg alloy was investigated by measuring anodic polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy(EIS).
文章介绍了已有的多种管道防护层地面检测技术,着重分析了电化学阻抗谱(EIS)技术对防护层剥离检测的似适用性。
The monitoring technologies for various existing protecting layer of pipelines were introduced and the applicability of EIS to monitor the spalling of protecting layer was analyzed.
$firstVoiceSent
- 来自原声例句
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感谢您的反馈,我们会尽快进行适当修改!状和其他的电化学知识可以确定电池内部的电路模型【4J,电池等效电路模型如图1所示。确立了等效电路后。采用非线性最小二乘法拟合(NLLs)原理,对数据进行处理。得到等效电路中的各元件的参数值。
线。图l所示的等效电路的EIS仿真曲线是不会出现这段弧线的,由线性元件的电化学阻抗谱曲线规律可知,在等效电路中应存在电感和电阻并联的一段电路,因此需要对等效电路作必要的修正。在一些文献中也提到了这种感抗作用的存在,电池系统存在滞后电流,这正是感抗作用的体现,而这种感抗作用的存在并非是电池内部的感应电流,而是由于电极的自然性质,如多孔性、表面不均匀等性质引起的,这也是粘性系统的一个体现。修正后的等效电路如图3所示。
《*《ZFw
._面阻抗一阻抗t面阻抗一一器凝。黼。器篙一
图1电池等效电路模型
Equivalentcircuitmodelofbattery
试验选用的电池为SONYNP.510锂离子单体电池,电池正极主要成分为LiCoO:,负极主要为C,正极系统反应方程式如式(2)所示;负极系统反应方程式如式(3)所示【5l。
Fig.3
图3修正后的电池等效电路模型
Correctedequivalentcircunmodelofbattery
LiCF熹}LiI一。C+工Li++xe一Lil一,C002+xLj++工e一8袁芋LiC002
整个电池系统的反应方程式如式(4)所示。
(2)(3)
下面对图中的各元件的物理意义进行解释说明。RL与L是为了对应EIS曲线的感抗弧所虚拟的元件;R。与R2为两电极的电解阻抗;Rn为溶液电阻;Q.、Q2与图i中的C双层相对
LiC+Lil。C002唏}Lil一,C+LiC002
应,但是由于这两个元件并非纯电容元件,存在一定的偏离【6】,其阻抗表达式如(式)5所示。
单体电池电压为4.2v,容量为1.25Ah,工作电压范围为
3.0~4.2V。在ZM.502电池测试系统上对电池进行化成和充
ZQ=軎(俐一,ZQ’=等c。sf等1,
放电,电池的交流阻抗测试和数据拟合在德国Zahner公司的1M6型电化学测试仪上进行。测试过程将电池电压3.0V对应为SOCk0,以4.0V对应为SOC~0.7作为标准,以(2/5倍率
Z。,:竺sinf旦1,0<凡<1
…前将电池开路搁置2h,整个试验过程在19.1℃条件下进行。
对电池进行恒流充电,放电容量为不同SOC的依据,测试EIS
将SOCk0的EIS数据对图3的等效电路进行NLLS求解,之后用电路描述码(CDC)计算求解后的等效电路的仿真
交流阻抗测试条件如下:以电池的正极为研究电极,负极为对电极和参比电极;在电池的开路电压下进行测量;交流振幅5mV;扫描频率范围100kI-Iz~25lllHz。采用IM6电化学
一EIS曲线,与真实的试验数据进行比较,满足精度要求。‘
我们可以从图2的曲线低频区的数据得出电池系统的总阻抗为1.05Q,即为电池的直流内阻,通过直流伏安法验证内阻值正确性。由电感元件的电气特性可知,当处在低频区时图3中的电感L相当于导线。因此可推断电感只对高频区的EIS有影响,我们通过忽略R。与L解析后的数据验证这个推论的正确性。表1为锂电池在不同SOC下的阻抗数据。
由表中SOC~O数据可看出Rn+R。+R2=O.27+0.13+O.62=1.02,由此可看出RL与L对其他参数的拟合影响并不大,可以忽略高频区域的感抗弧和等效电路中的RL与L,使用表1的参数和忽略如与L的等效电路进行EIS仿真,与测定的HS数据进行比较,结果如图4所示。
由曲线的拟合结果可以看出,低频区的数据并未受到忽略RL与L的影响,这也正是分析数据时可进行分段拟合的依据。下面在讨论等效电路中各元件的参数值随SOC变化规律时,我们只考虑低频区内的EIS曲线。由图4的四条曲线可以看出,每条EIS曲线都是由两段弧线构成,两段弧线的存在也反映了正负极反应过程的区别,国内外的一些文献中分别对正负极的反应过程进行了研究,得出以下结论:两段弧线中低
测试仪自带的S蹦软件,对测得的阻抗图谱进行拟合分析,考
察拟合情况并记录相关的数据。
3电池系统等效电路修正
在SOCk0状态下测得的电池EIS曲线Nyquist图如图2所示。
图2中EIS曲线的高频区出现了一段在横轴下方的弧
圈2电化学阻抗谱Nyquist图
Fig.2
Nyquistplotofelectrochemicalimpedancespectroscopy
频区的弧线相对较大,石墨电极的EIS曲线正好与之相似。而高频区的曲线正是正极反应所对应的用。由图4我们可以得到一个规律,低频区内半弧随SOC的增长而减小,而高频区半弧
2008.9
V01.32
万方数据 
Tab.1
锂电池在不同SOC下的阻抗数据
Impedancedataofthelithium-ionbatteryatdifferentSOCs
0.093.193.221.600.270.140.420.48O.55O.62O.93
O.143.373.401.620.26O.140.580450.450.6l0.95
O.283.633.4l1.66O.26O.22i.1l0.370.350.65
0.343.693_351.650.250.26l-300.34O.3lO.651.oo
O.423.783_301.64O.250.241.21O.360.290.661.00
O.563.913.161.59O.250.211.100.380.27O.651.00
0.703.973.261.6lO.25O.2l1.02O.39O.26O.651.00
3.043.191.55O.27O.130.34O.530.62O.62O.9l
尺l位Ql舰一1
尺狮口加一1
注:^的单化是1。
l、2、3、4号曲线分别对应的sOC为0、0.14、0.28、0.42,曲线为仿真结果,标记点为测定的EIS数据
图4电池在不同SOC下的EIS曲线
Fig.4
Electrochemicalimpedance
oflithium-ionbaHew
0.40.60.8
spectroscopy(EIS)
differentSOCs
图5等效电路各元件随SOC变化曲线
Fig.5
Change
curves
curves
ofcomponentsinequivalentcircuitwithSOC
的变化不明显。因此高频区的半弧不能用来直接预测SOC。
下面我们对表1中的各个参数对SOC的变化做一讨论。
图5、图6为各参数随SOC变化的数据曲线。
从图5(a)中得出以下结论,电压随SOC的增加而增加,但并非线性关系。电压预测对SOC预测精度要求不高的时候可以使用。从图5(b)中得出以下结论,电阻RQ由SOCk0状态时的0.27减小到SOCk0.7状态的0.25,而这个减小的过程主要发生在SOC~0到SOCk0.3之间。因此用该参数对SOC进行预测有一定的局限性。从图5(c)中得出以下结论,R.的变化规律与Ro相反,这可以用电池的模理论进行解释,当SOC增大时,电池内部模的厚度增加,导致了正极电阻的增大,在这一过程中溶液中的Li+的浓度增加,从而引起了溶液的导电
:/-一。
O.OO.2
SoCSoC
图6EIS数据的J:-。实部、虚部和相角随SOc变化曲线
curve6
F叼.6Change
ofmaximumofthe
semicircle‰氐磊and
西correspondingofEISwithSoC
。。..≮∥.
万方数据 
能力增强,忍自然会减小,这一结果是与真正的物理过程相
对应的。从图5(d)中得出以下结论,R2随SOC的增大而减小,虽然不是严格的线性减小,但是对预测SOC有十分重要的意义。
2008.9V01.32No.9
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学术干货 |带你“一网捞尽”电化学测试方法
随着锂离子电池,超级电容器,光电催化等热门领域的兴起,电化学越来越成为学术圈脍炙人口的词汇。那么,其实什么是电化学呢?
图1&电化学经典教材
所谓的电化学,是电作用与化学作用相互关联的一个化学学科的分支,主要包括通过电流调整化学反应以及通过化学反应产电这两种类型。其中就包括了大量的反应现象(电泳、腐蚀等)、各类器件(电致变色智能窗、各类电池、电分析传感器等)以及各类技术(金属电镀等)。通过一些固定的输入(如恒电流、恒电压、阶梯电势等)来获取输出的电信号,从而反映出电极材料的界面结构、界面上的电势分布以及在这些界面上进行的电化学过程等,这就是我们常说的电化学测试。
电化学测试的方法很多,根据测试的内容可以分为三类:1.电化学热力学性质方面的测试;2.动力学性质的测试;3.结合光谱波谱技术、引入光信号等进行的综合测试。
而如果根据测试的特质,又可以分为以下几大类:1.稳态测试方法;2.暂态测试方法;3.伏安法;4.交流阻抗法等。这里小编只给大家简单介绍一些使用最普遍,功能最强大的电化学测试方法。在此之前,先对电化学测试最常用的三电极测试体系进行简单介绍。
所谓的三电极体系,是为了排除电极电势因极化电流而产生的较大误差而设计的。它在普通的两电极体系(工作电极与对电极)的基础上引入了用以稳定工作电极的参比电极,如图2示。如左图,电解池由三个电极组成:工作电极(W),对电极(C)以及参比电极(R)。
W是主要的电极研究和操作对象,R是电势电极的比较标准,而C主要用以通过极化电流,实现对电极的极化。右图中,我们可以看到,三电极体系在电路中时,P代表极化电源,为研究电极提供极化电流。mA和V分别为电流表和电压表,用以测试电流和电势。P, mA, C, W构成的左侧回路,称为极化回路,在极化回路中有极化电流通过,可对参比电极进行测量和控制。V, R, W构成了右侧回路,称为测量控制回路。在此回路中,对研究电极的电势进行测量和控制,由于回路中无极化电流流过,仅有极小的测量电流,所以不会研究电极的极化状态和参比电极的稳定性造成干扰。由此可见,三电极体系可使研究电极表面通过极化电流,又不会妨碍研究的电极电势的控制和测量,可同时实现电势和电流的控制和测量。所以,大部分电化学研究测试均在三电极体系完成。
图2&三电极体系结构图及电路图
接下来,小编就把最常用的几种电化学测试手段进行简单介绍。
1.稳态测试:恒电流法及恒电势法
所谓的稳态,即电化学参量(电极电势,电流密度,电极界面状态等)变化甚微或基本不变的状态。最常用的稳态测试方法,当然就是恒电流法及恒电势法,故名思意,就是给电化学体系一个恒定不变的电流或者电极电势的条件。通常我们可以利用恒电位仪或者电化学工作站来实现这种条件。通过在电化学工作站简单地设置电流或电势以及时间这几个参数,就可以有效地使用这两种方法啦。该方法用的比较多的地方主要有:活性材料的电化学沉积以及金属稳态极化曲线的测定(如图3)等等。
图3&不同扫速下金属的稳态极化曲线
2.暂态测试:控制电流阶跃及控制电势阶跃法
所谓的暂态,当然是相对于稳态而言的。在一个稳态向另一个稳态的转变过程中,任意一个电极还未达到稳态时,都处于暂态过程,如双电层充电过程,电化学反应过程以及扩散传质过程等。最常见的方法要数控制电流阶跃法以及控制电势阶跃法这两种。控制电流阶跃法,也叫计时电位法,即在某一时间点,电流发生突变,而在其他时间段,电流保持相应的恒定状态。
图4&计时电位法电流阶跃(左图)及相应的电势变化(右图)。
同理,控制电势阶跃法也就是计时电流法,即在某一时间点,电势发生突变,而在其他时间段,电势保持相应的恒定状态。
图5&计时电位法电势阶跃(左图)及相应的电流变化(右图)。
利用这种暂态的控制方法,一般可以探究一些电化学变化过程的性质,如能源存储设备充电过程的快慢,界面的吸附或扩散作用的判断等。计时电流法还可以用以探究电致变色材料变色性能的优劣。
3.伏安法:线性伏安法,循环伏安法
伏安法应该算是电化学测试中最为常用的方法,因为电流、电压均保持动态的过程,才是最常见的电化学反应过程。一般而言,伏安法主要有线性伏安法以及循环伏安法,两者的区别在于,线性伏安法&有去无回&,而循环伏安法&从哪里出发就回哪去&。线性伏安法即在一定的电压变化速率下,观察电流相应的响应状态。同理,循环伏安法也是一样,只不过电压的变化是循环的,从起点到终点再回到起点。
线性伏安法使用的领域较广,主要包括太阳能电池光电性能的测试,燃料电池等氧还原曲线的测试以及电催化中催化曲线的测试等。而循环伏安法,主要用以探究超级电容器的储能大小及电容行为、材料的氧化还原特性等等。
图6&伏安法电化学测试:左图为线性伏安测试太阳能电池的开路电压及短路电流;中间为循环伏安法测试电容行为较强的碳材料;右图为含有氧化还原行为的电极材料的循环伏安测试
4.交流阻抗法
交流阻抗法的主要实现方法是,控制电化学系统的电流在小幅度的条件下随时间变化,同时测量电势随时间的变化获取阻抗或导纳的性能,进而进行电化学系统的反应机理分析及计算系统的相关参数等。交流阻抗谱可以分为电化学阻抗谱(EIS)和交流伏安法。EIS探究的是某一极化状态下,不同频率下的电化学阻抗性能;而交流伏安法是在某一特定频率下,研究交流电流的振幅和相位随时间的变化。
这里我们重点介绍一下EIS。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是一种&准稳态方法&。通过EIS,我们一般可以分析出一些表面吸附作用以及离子扩散作用的贡献分配,电化学系统的阻抗大小、频谱特性以及电荷电子传输的能力强弱等等。
图7&EIS中Nyquist图谱
来源:材料人网
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高手们快来看看这个EIS图怎么分析
这张图里的半圆不是特别标准,应该怎么分析呢?
而且能够认为半圆越小其对应的电阻就越小吗?
本人初次接触电化学的一些分析方法,很多不懂的地方请大家多多帮忙!
我做的是锂离子电池,不是膜层也不是腐蚀防护涂层,能再分析下么?:)
把坐标等长得到的也不是标准半圆,就这样看就能看出来第一个圆好像都不完整呢。
我的数据只有两列,应该是画图的数据,没有原始数据能行么?
:o好专业啊,我的是半电池,数据是寄到日本测的,那边没有说这么详细的条件,只说了频率范围是0.01-100000Hz。。。。
总之呢,不是很清楚你的材料和测试方式。
不过非标准的半圆是由CPE造成的(constant phase element)
你可以把它看成一个和电阻电容类似的原件。
如果用字母p表示其电容的指数,p=1代表其为全容性的,阻抗图上看就是一个标准的半圆。如果p=0.8或者0.5,则代表是扁的半圆,p值越小半圆也就越扁。
一般认为,在高频下出现的半圆代表锂离子通过电极材料阻抗,理应是一个标准半圆。中频下出现的半圆属于锂离子通过电池循环过程中形成的表面电荷层的阻抗,形状很不一定。
剩下的也帮不了你更多了,还是需要你自己分析。
谢谢你这么耐心地解答。
亲,我最近在做碳纤维,将碳纤维用壳聚糖固定到玻碳电极上以后根本就没有半圆,出来的是很奇怪的形状,请问能否指点一二。。。。。
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产品型号:SS-CS150
品&牌:奥德盛世
公司名称:北京奥德盛世科技有限公司
所&在&地:北京海淀
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产品详细信息
电化学工作站 多功能腐蚀测量仪 SS-CS150
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具体应用于:
(1) 电合成、电沉积(电镀)、阳极氧化、电解等反应机理研究;
(2)电化学分析研究;
(3)能源材料(锂离子电池、太阳能电池、燃料动力电池和超级电容器等)、先进功能材料以及传感器的性能研究;
(4)金属材料的腐蚀行为研究与耐蚀性评价;
(5)缓蚀剂、水质稳定剂、涂层以及阴极保护效率的快速评价。
● 双通道相关分析器和双通道高速16bit /高精度24bit AD转换器
● 内置FRA频响分析仪,频率范围 10μHz ~1MHz
● 高带宽高输入阻抗的放大器
● 内置FPGA DDS信号合成器
● 高功率恒电位仪/恒电流仪/零电阻电流计
● 电压控制范围:±10V,槽压为±21V(可扩展至±200V)
● 电流控制范围:±2.0A(可扩展至±5.0A)
● 电位分辨率:10μV,电流分辨率:10pA(可延伸至100fA)
① 数据分析
伏安曲线的平滑、积分和微分运算,计算各氧化还原峰的峰高、峰面积和峰电位等;
极化曲线的三参数或四参数动力学解析,计算Tafel斜率ba,bc,腐蚀电流密度icorr,极限扩散电流、极化电阻Rp和腐蚀速率等,还可由电化学噪声谱计算功率谱密度、噪声电阻Rn和谱噪声电阻Rsn(f)。
② 实时存储
实时存储测量数据,即使因断电导致测试中断,中断之前的数据也会自动保存。
③ 定时测量
测试软件具有定时测量功能, 对于某些需要研究体系随时间变化特征时,可提前设好测试参数与间隔时间,让仪器在无人值守下自动定时测量,提高实验效率。
恒电位控制范围:±10V
恒电流控制范围:±2.0A
电位控制精度:0.1%×满量程读数±1mV
电流控制精度:0.1%×满量程读数
电位灵敏度:10μV(&100Hz), 3μV(&10Hz)
电流灵敏度:&10pA
电位上升时间:﹤1μS(&10mA),&10μS(&2A)
电流量程:2A~200nA, 共8档
参比电极输入阻抗:1012Ω||20pF
最大输出电流:2.0A
槽压输出:±21V
电流扫描增量:1mA @1A/mS
CV和LSV扫描速度:0.01mV~10000V/s
电位扫描电位增量:0.076mV @1V/mS
CA和CC脉冲宽度:0.0001~65000s
DPV和NPV脉冲宽度:0.0001~1000s
SWV频率:0.001~100KHz
CV的最小电位增量:0.075mV
AD数据采集:16bit@1MHz,20bit @1kHz
电流与电位量程:自动设置
DA分辨率:16bit,建立时间:1μS
低通滤波器 :8段可编程
通讯接口:USB2.0
仪器重量:6.5Kg
外形尺寸(cm):36.5(W)X30.5 (D)X16 (H)
信号发生器
频率响应:10μHz~115KHz
交流信号幅值:1mV~2500mV
频率精确度:0.005%
直流偏压:-10V~+10V
DDS输出阻抗:50Ω
波形:正弦波,三角波,方波
正弦波失真率:&1%
扫描方式:对数/线性,增加/下降
信号分析器
最大积分时间:106个循环或者105S
测量时间延迟:0~105秒
最小积分时间:10mS 或者一个循环的最长时间
直流偏置补偿
电位补偿范围:-10V~+10V
电流补偿范围:-1A~+1A
带宽调整:自动或手动设置, 共8级可调
开路电位测量(OCP)
恒电位极化(i-t曲线)
恒电流极化
动电位扫描(TAFEL曲线)
动电流扫描(DGP)
任意恒电位阶梯波
任意恒电流阶梯波
恒电位阶跃(VSTEP)
恒电流阶跃(ISTEP)
快速电位脉冲
快速电流脉冲
计时电位法(CP)
计时电流法(CA)
计时电量法(CC)
线性扫描伏安法(LSV)
线性循环伏安法(CV)
阶梯循环伏安法(SCV)
方波伏安法(SWV)
差分脉冲伏安法(DPV)
常规脉冲伏安法(NPV)
常规差分脉冲伏安法(DNPV)
交流伏安法(ACV)
二次谐波交流伏安(SHACV)
恒电位溶出伏安
线性溶出伏安
阶梯溶出伏安
方波溶出伏安
电化学阻抗(EIS)~频率扫描
电化学阻抗(EIS)~时间扫描
电化学阻抗(EIS)~电位扫描(Mott-Schottky曲线)
循环极化曲线(CPP)
线性极化曲线(LPR)
电化学噪声(EN)
电偶腐蚀测量(ZRA)
氢扩散测试(HDT)*
电池充放电测试
恒电流充放电
电致调光测量 *
光谱仪测量 *
盘环电极测试 *
数字记录仪
波形发生器
圆盘电机控制
注: * 氢扩散及旋转盘环电极测试需配置DP-CS1001A精密恒流源或采用DP-CS2350双恒电位仪。
* 光电测量功能用户选配。
* 产品3年质保。
仪器配置:
1)仪器主机1台
2)测试与分析软件1套
3)专用电解池(含盐桥和排气管)1套
4)辅助、参比、工作电极各1支
5)模拟电解池1个
6)电源线/USB数据线各1条
7)电极电缆线1条
8)电极架(选配 *)
9)屏蔽箱(选配 *)
10)电脑(选配 *)
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联系人:周小姐
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