電化學(xué)阻抗是通過在電路上施加交流電位,測(cè)量電流得到的。假設(shè)施加正弦波電位激發(fā)信號(hào),對(duì)應(yīng)此電位響應(yīng)的是交流電流信號(hào)。此電流信號(hào)可用正弦方程的總和來分析(傅里葉級(jí)數(shù))。
電化學(xué)阻抗通常用很小的激發(fā)信號(hào)測(cè)得。因此,電極的響應(yīng)是非線性的。在線性(或非線性)系統(tǒng)中,對(duì)應(yīng)正弦波電位信號(hào)響應(yīng)的電流在同樣頻率也是正弦波信號(hào),除了相位有所移動(dòng)。
電化學(xué)阻抗數(shù)據(jù)通常是通過擬合等效電路模型分析得到的。模型中大多數(shù)電路元件都是通用電氣元件,例如電阻,電容和電感。模型中的元件應(yīng)該具有物理電化學(xué)原理。例如諸多模型都用電阻來模擬測(cè)試系統(tǒng)的溶液電阻。因此,有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)電路元件阻抗的知識(shí)是非常有用的。
測(cè)定方法:
給黑箱(電化學(xué)系統(tǒng))輸入一個(gè)擾動(dòng)函數(shù)X,它就會(huì)輸出一個(gè)響應(yīng)信號(hào)Y。用來描述擾動(dòng)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)之間關(guān)系的函數(shù),稱為傳輸函數(shù)。若系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)是線性的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),則輸出信號(hào)就是擾動(dòng)信號(hào)的線性函數(shù)。
如果f是角頻率為ω的正弦波電流信號(hào),則g即為角頻率也是ω的正弦電勢(shì)信號(hào)。此時(shí)將g/f稱為系統(tǒng)的阻抗,用Z表示;而將f/g稱為系統(tǒng)的導(dǎo)納,用Y表示。
阻抗和導(dǎo)納統(tǒng)稱為阻納,用G表示。阻抗和導(dǎo)納互為倒數(shù)關(guān)系,Z=1/Y。二者關(guān)系與電阻和電導(dǎo)相似。
特點(diǎn):
1,由于采用小幅度的正弦電勢(shì)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行微擾,電極上交替出現(xiàn)陽(yáng)極和陰極過程(也就是氧化和還原過程),二者作用相反。因此,即使擾動(dòng)信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間作用于電極,也不會(huì)導(dǎo)致極化現(xiàn)象的積累性發(fā)展和電極表面狀態(tài)的積累性變化。因此EIS法是一種“準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方法”。
2,由于電勢(shì)和電流間存在著線性關(guān)系,測(cè)量過程中電極處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),使得測(cè)量結(jié)果的數(shù)學(xué)處理簡(jiǎn)化。
3,EIS是一種頻率域測(cè)量方法,可測(cè)定的頻率范圍很寬,因而可以比常規(guī)電化學(xué)方法得到更多的動(dòng)力學(xué)信息和電極界面結(jié)構(gòu)信息。
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