电化学阻抗谱分析讲课讲稿.ppt

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1、哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）电化学阻抗谱分析哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言定义定义对于一个稳定的线性系统对于一个稳定的线性系统M，如以一个角频，如以一个角频率为率为的正弦波电信号的正弦波电信号X（电压或电流）输入（电压或电流）输入该系统，相应的从该系统输出一个角频率为该系统，相应的从该系统输出一个角频率为的正弦波电信号的正弦波电信号Y（电流或电压），此时电（电流或电压），此时电极系统的频响函数极系统的频响函数G就是电化学阻抗。就是电化学阻抗。XYGG=Y/X哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言定义定义在一系列不同角频率下测得的一组这种频响在

2、一系列不同角频率下测得的一组这种频响函数值就是电极系统的电化学阻抗谱。函数值就是电极系统的电化学阻抗谱。若在频响函数中只讨论阻抗与导纳，则若在频响函数中只讨论阻抗与导纳，则G总总称为阻纳。称为阻纳。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言优点优点用小幅度正弦波对电极进行极化用小幅度正弦波对电极进行极化不会引起严重的浓度极化及表面状态变化不会引起严重的浓度极化及表面状态变化 使扰动与体系的响应之间近似呈线性关系使扰动与体系的响应之间近似呈线性关系是频域中的测量是频域中的测量速度不同的过程很容易在频率域上分开速度不同的过程很容易在频率域上分开速度快的子过程出现在高频区，速度慢的子速度快

3、的子过程出现在高频区，速度慢的子过程出现在低频区过程出现在低频区哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言优点优点可判断出含几个子过程，讨论动力学特征可判断出含几个子过程，讨论动力学特征可以在很宽频率范围内测量得到阻抗谱，因可以在很宽频率范围内测量得到阻抗谱，因而而EIS能比其它常规的电化学方法得到更多能比其它常规的电化学方法得到更多的电极过程动力学信息和电极界面结构信的电极过程动力学信息和电极界面结构信息。息。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言阻纳的基本条件阻纳的基本条件 因果性条件因果性条件 线性条件线性条件 有限性条件有限性条件 稳定性条件稳定性条件电极系统只

4、对电极系统只对扰动信号进行扰动信号进行响应响应电极过程速度电极过程速度随状态变量发随状态变量发生线性变化生线性变化在频率范围内在频率范围内测定的阻抗或测定的阻抗或导纳是有限的导纳是有限的哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言稳定性条件稳定性条件 稳定稳定不稳定不稳定可逆反应容易满足稳定性条件。可逆反应容易满足稳定性条件。不可逆电极过程，只要电极表面的变化不是很快，当不可逆电极过程，只要电极表面的变化不是很快，当扰动幅度小，作用时间短，扰动停止后，系统也能够扰动幅度小，作用时间短，扰动停止后，系统也能够恢复到离原先状态不远的状态。恢复到离原先状态不远的状态。哈尔滨工业大学（威海）哈

5、尔滨工业大学（威海）电化学阻抗谱导论电化学阻抗谱导论曹楚南曹楚南导言导言第第1章章阻纳导论阻纳导论第第2章章电化学阻抗谱与等效电路电化学阻抗谱与等效电路第第3章章电极过程的表面过程法拉第导纳电极过程的表面过程法拉第导纳第第4章章表面过程法拉第阻纳表达式与等效电表面过程法拉第阻纳表达式与等效电路的关系路的关系42除电极电位除电极电位E以外没有或只有一个其他状以外没有或只有一个其他状态变量态变量43除电极电位除电极电位E外还有两个状态变量外还有两个状态变量X1和和X2第第5章章电化学阻抗谱的时间常数电化学阻抗谱的时间常数51状态变量的弛豫过程与时间常数状态变量的弛豫过程与时间常数52EIS的时间常

6、数的时间常数第第6章章由扩散过程引起的法拉第阻抗由扩散过程引起的法拉第阻抗61由扩散过程引起的法拉第阻抗由扩散过程引起的法拉第阻抗62平面电极的半无限扩散阻抗平面电极的半无限扩散阻抗(等效元件等效元件W)63平面电极的有限层扩散阻平面电极的有限层扩散阻抗抗(等效元件等效元件0)64平面电极的阻挡层扩散阻平面电极的阻挡层扩散阻抗抗(等效元件等效元件T)65球形电极球形电极W66球形电极的球形电极的O67球形电极的球形电极的T68几个值得注意的问题几个值得注意的问题第第7章章混合电位下的法拉第混合电位下的法拉第阻纳阻纳第第8章章电化学阻抗谱的数据电化学阻抗谱的数据处理与解析处理与解析第第9章章电化

7、学阻抗谱在腐蚀电化学阻抗谱在腐蚀科学中的应用科学中的应用科学出版社，科学出版社，2002哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）交流阻抗谱原理及应用交流阻抗谱原理及应用史美伦史美伦 第一章第一章 基本电路的交流阻抗谱基本电路的交流阻抗谱第二章第二章 电化学阻抗谱电化学阻抗谱第三章第三章 交流极谱交流极谱第四章第四章 线性动态系统的传递函数线性动态系统的传递函数第五章第五章 稳定性和色散关系稳定性和色散关系第六章第六章 交流阻抗谱的测量与数据处理交流阻抗谱的测量与数据处理第七章第七章 在材料研究中的应用在材料研究中的应用第八章第八章 固体表面固体表面第九章第九章 在器件上的应用在器件上的应用

8、第十章第十章 在生命科学中的应用在生命科学中的应用国防工业出版社，国防工业出版社，2001哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）主要内容与学习要求主要内容与学习要求6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识6.2电解池的等效电路电解池的等效电路6.3理想极化电极的理想极化电极的EIS6.4溶液电阻可以忽略时电化学极化的溶液电阻可以忽略时电化学极化的EIS6.5溶液电阻不能忽略的电化学极化电极的溶液电阻不能忽略的电化学极化电极的EIS6.6电化学极化和浓差极化同时存在的电极的电化学极化和浓差极化同时存在的电极的EIS6.7阻抗谱中的半圆旋转现象阻抗谱中的半圆旋转现象6.8阻抗实验注意点

9、和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路6.9电化学阻抗谱的应用电化学阻抗谱的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识复数复数1 1 复数的概念复数的概念（2 2）复数的辐角（即相位角）复数的辐角（即相位角）（1 1）复数的模）复数的模 哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识复数复数（3）虚数单位乘方）虚数单位乘方（4）共轭复数）共轭复数哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识复数复数2复数表示法复数表示法（1 1）坐标表示法）坐标表

10、示法（2 2）三角表示法）三角表示法（3 3）指数表示法）指数表示法哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识复数复数3复数的运算法则复数的运算法则（1）加减）加减（2）乘除）乘除哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识电工学电工学1 1 正弦交流电流经过各元件时电流与电压的关系正弦交流电流经过各元件时电流与电压的关系（1）纯电阻元件）纯电阻元件电阻两端的电压与流经电阻的电流是同频同相的正弦交流电电阻两端的电压与流经电阻的电流是同频同相的正弦交流电VRVI哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海

11、）6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识电工学电工学（2）纯电感元件）纯电感元件电感两端的电压与流经的电流是同频率的正弦量，电感两端的电压与流经的电流是同频率的正弦量，但在相位上电压比电流超前但在相位上电压比电流超前VItVL哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识电工学电工学IVt哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识电工学电工学（3）纯电容元件）纯电容元件电容器的两端的电压和流经的电流是同频率的正弦量，电容器的两端的电压和流经的电流是同频率的正弦量，只是电流在相位上比电压超前只是电

12、流在相位上比电压超前 VC|VIt哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）VIt6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识电工学电工学哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1有关复数和电工学知识有关复数和电工学知识电工学电工学2复阻抗的概念复阻抗的概念（1）复阻抗的串联）复阻抗的串联（2）复阻抗的并联）复阻抗的并联复阻抗复阻抗Z是电路元件对电流的阻碍作用和移相作用的反映。是电路元件对电流的阻碍作用和移相作用的反映。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.2电解池的等效电路电解池的等效电路（1）（2）（3）（4）（5）哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.2电

13、解池的等效电路电解池的等效电路电路描述码电路描述码(CircuitDescriptionCode,CDC)规则如下：规则如下：元件外面的括号总数为奇数时，该元件的第一层运元件外面的括号总数为奇数时，该元件的第一层运算为并联，外面的括号总数为偶数时，该元件的第算为并联，外面的括号总数为偶数时，该元件的第一层运算为串联。一层运算为串联。演练演练哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.3理想极化电极的电化学阻抗谱理想极化电极的电化学阻抗谱电解池阻抗的复平面图（电解池阻抗的复平面图（Nyquist图）图）哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.3理想极化电极的电化学阻抗谱理想极化电极的

14、电化学阻抗谱1 图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区Bode图图哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.3理想极化电极的电化学阻抗谱理想极化电极的电化学阻抗谱（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区Bode图图2图图哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.3理想极化电极的电化学阻抗谱理想极化电极的电化学阻抗谱时间常数时间常数当当 处于高频和低频之间时，有一个特征频率处于高频和低频之间时，有一个特征频率*，在这个特，在这个特征频率，征频率，和和的复合阻抗的实部和虚部相等，即：的复合阻抗的实部和虚部相等，即：哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海

15、）6.4溶液电阻可忽略时电化学极化的溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.4.1Nyquist图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.4溶液电阻可忽略时电化学极化的溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.4.2Bode图图 1 图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.4溶液电阻可忽略时电化学极化的溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区2图图6.4溶液电阻可忽略时电化学极化的溶液电

16、阻可忽略时电化学极化的EIS6.4.2Bode图图 哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）3时间常数时间常数在在Nyquist图中，半圆上图中，半圆上的极大值处的频率就是的极大值处的频率就是特征频率特征频率令令6.4溶液电阻可忽略时电化学极化的溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS6.4.2Bode图图 哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.4溶液电阻可忽略时电化学极化的溶液电阻可忽略时电化学极化的EISBode图图 RC（RC）Nyquist图图 哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化的溶液电阻不可忽略时电化学极化的EISCd与与Rp并联后

17、与并联后与RL串联后的总阻抗为串联后的总阻抗为实部：实部：虚部：虚部：Cd与与Rp并联后的总导纳为并联后的总导纳为哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.5.1Nyquist图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化的溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.5.2Bode图图 1 图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化的溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）

18、高频区6.5.2Bode图图2图图6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化的溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化的溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS3时间常数时间常数6.5.2Bode图图哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）补充内容补充内容常见的规律总结常见的规律总结在阻抗复数平面图上，第在阻抗复数平面图上，第1象限的半圆象限的半圆是电阻和电容并联所产生的，叫做容抗是电阻和电容并联所产生的，叫做容抗弧。弧。在在Nyquist图上，第图上，第1象限有多少个容抗象限有多少个容抗弧就有多少个弧就有多少个(RC)电路。有

19、一个电路。有一个(RC)电电路就有一个时间常数。路就有一个时间常数。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）补充内容补充内容常见的规律总结常见的规律总结一般说来，如果系统有电极电势一般说来，如果系统有电极电势E和另和另外外n个表面状态变量，那么就有个表面状态变量，那么就有n+1个时个时间常数，如果时间常数相差间常数，如果时间常数相差5倍以上，倍以上，在在Nyquist图上就能分辨出图上就能分辨出n+1个容抗弧。个容抗弧。第第1个容抗弧（高频端）是个容抗弧（高频端）是(RpCd)的频响的频响曲线。曲线。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）补充内容补充内容常见的规律总结常见的规律总结有

20、有n个电极反应同时进行时，如果又有影个电极反应同时进行时，如果又有影响电极反应的响电极反应的x个表面状态变量，此时时个表面状态变量，此时时间常数的个数比较复杂。一般地说，时间常数的个数比较复杂。一般地说，时间常数的个数小于电极反应个数间常数的个数小于电极反应个数n和表面和表面状态变量状态变量x之和，这种现象叫做混合电势之和，这种现象叫做混合电势下下EIS的退化。的退化。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS6.6.1电极的等效电路电极的等效电路 哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化

21、和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS实部：实部：虚部：虚部：哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS6.6.2浓差极化电阻浓差极化电阻RW和电容和电容CW称为称为Warburg系数。系数。和和都与角频率的平方根成反比。都与角频率的平方根成反比。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS6.6.3 Nyquist图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区哈尔滨工业大学（威海）哈尔

22、滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS6.6.4Bode图图 1 图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS6.6.4Bode图图 1 图图浓度极化对幅值图的影响浓度极化对幅值图的影响哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.6.4Bode图图2图图6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS哈

23、尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6.4Bode图图2图图6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS浓度极化对相角图的影响浓度极化对相角图的影响哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS3时间常数时间常数令令根据根据 即即。由。由 和和 可求得可求得。6.6.4Bode图图哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS6.6.5Randles图图当高频区半圆发生畸变从而使按当

24、高频区半圆发生畸变从而使按Nyquist图求变得不大可靠时，可图求变得不大可靠时，可以尝试这种独特的作图法。以尝试这种独特的作图法。Randles图可以从另一侧面确定图可以从另一侧面确定Warburg阻抗的存在。阻抗的存在。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在的电化学极化和浓度极化同时存在的电极的电极的EIS6.6.5Randles图图阻抗扩散的直线可能偏离阻抗扩散的直线可能偏离45，原因：，原因：电极表面很粗糙，以致扩散电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球面扩散；过程部分相当于球面扩散；除了电极电势外，还有另外除了电极电势外，还有另外一个状态变量

25、，这个变量在一个状态变量，这个变量在测量的过程中引起感抗。测量的过程中引起感抗。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）补充内容补充内容作作Nyquist图的注意事项图的注意事项（1）（2）（3）哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）EIS谱图实例谱图实例锌锌铝铝涂涂层层在在海海水水浸浸泡泡过过程程中中的的EIS哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）EIS谱图实例谱图实例哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）EIS谱图实例谱图实例不恰当的图例不恰当的图例哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中的半圆旋转现象阻抗谱中的半圆旋转现象在实际电化学体系的阻抗测定

26、中，人们常常观察在实际电化学体系的阻抗测定中，人们常常观察到阻抗图上压扁的半圆（到阻抗图上压扁的半圆（depressedsemi-circle），即），即在在Nyquist图上的高频半圆的圆心落在了图上的高频半圆的圆心落在了x轴的下方，轴的下方，因而变成了圆的一段弧。因而变成了圆的一段弧。该现象又被称为半圆旋转。该现象又被称为半圆旋转。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中的半圆旋转现象阻抗谱中的半圆旋转现象一般认为，出现这种半圆向下压扁的现象，亦即通一般认为，出现这种半圆向下压扁的现象，亦即通常说的阻抗半圆旋转现象的原因与电极常说的阻抗半圆旋转现象的原因与电极/电解液界面

27、电解液界面性质的不均匀性有关。性质的不均匀性有关。固体电极的双电层电容的频响特性与固体电极的双电层电容的频响特性与“纯电容纯电容”并并不一致，而有或大或小的偏离，这种现象，一般不一致，而有或大或小的偏离，这种现象，一般称为称为“弥散效应弥散效应”。双电层中电场不均匀，这种不均匀可能是电极表双电层中电场不均匀，这种不均匀可能是电极表面太粗糙引起的。面太粗糙引起的。界面电容的介质损耗。界面电容的介质损耗。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中的半圆旋转现象阻抗谱中的半圆旋转现象哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中的半圆旋转现象阻抗谱中的半圆旋转现象双电层电

28、容双电层电容Cd、Rp与一个与频率与一个与频率成反比的电阻并联的等效电路成反比的电阻并联的等效电路实部实部 虚部虚部 哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中的半圆旋转现象阻抗谱中的半圆旋转现象这是一个以这是一个以为圆心，为圆心，实部实部 虚部虚部 为半径的圆。为半径的圆。以以哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中的半圆旋转现象阻抗谱中的半圆旋转现象利用阻抗复平面图求利用阻抗复平面图求和和 根据圆心下移的倾斜角根据圆心下移的倾斜角 和圆弧顶点的特征频率可以求得和圆弧顶点的特征频率可以求得、哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中的半圆旋转

29、现象阻抗谱中的半圆旋转现象常相位角元件（常相位角元件（ConstantPhaseElement,CPE）具有电）具有电容性质，它的等效元件用容性质，它的等效元件用Q表示，表示，Q与频率无关，因而与频率无关，因而称为常相位角元件。称为常相位角元件。常相位角元件常相位角元件通常通常n在在0.5和和1之间。对于理想电极（表面平滑、均之间。对于理想电极（表面平滑、均匀），匀），Q等于双层电容，等于双层电容，n=1。n=1时，时，哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中的半圆旋转现象阻抗谱中的半圆旋转现象上面介绍的公式中的上面介绍的公式中的b与与n实质上都是经验常数，缺实质上都是经验常

30、数，缺乏确切的物理意义，但可以把它们理解为在拟合真实乏确切的物理意义，但可以把它们理解为在拟合真实体系的阻抗谱时对电容所做的修正。体系的阻抗谱时对电容所做的修正。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗实验注意点阻抗实验注意点（1）参比电极的影响）参比电极的影响6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路1.实验准备实验准备双参比电极结构示意图双参比电极结构示意图 哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗实验注意点阻抗实验注意点（2）要尽量减少测量连接线的长度，减小杂散电）要尽量减少测量连接线的长度，减小杂散电容、电感的影响。容、电感的

31、影响。6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路1.实验准备实验准备互相靠近和平行放置的导线会产生电容。互相靠近和平行放置的导线会产生电容。长的导线特别是当它绕圈时就成为了电感元件。长的导线特别是当它绕圈时就成为了电感元件。测定阻抗时要把仪器和导线屏蔽起来。测定阻抗时要把仪器和导线屏蔽起来。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗实验注意点阻抗实验注意点6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路2.频率范围要足够宽频率范围要足够宽一般使用的频率范围是一般使用的频率范围是105-10-4Hz。阻抗测量中特别重视低频段的扫描。反应中

32、间产阻抗测量中特别重视低频段的扫描。反应中间产物的吸脱附和成膜过程，只有在低频时才能在阻物的吸脱附和成膜过程，只有在低频时才能在阻抗谱上表现出来。抗谱上表现出来。测量频率很低时，实验时间会很长，电极表面状测量频率很低时，实验时间会很长，电极表面状态的变化会很大，所以扫描频率的低值还要结合态的变化会很大，所以扫描频率的低值还要结合实际情况而定。实际情况而定。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗实验注意点阻抗实验注意点6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路3.阻抗谱必须指定电极电势阻抗谱必须指定电极电势 电极所处的电势不同，测得的阻抗谱必然不同。电

33、极所处的电势不同，测得的阻抗谱必然不同。阻抗谱与电势必须一一对应。阻抗谱与电势必须一一对应。为了研究不同极化条件下的电化学阻抗谱，可以为了研究不同极化条件下的电化学阻抗谱，可以先测定极化曲线，在电化学反应控制区（先测定极化曲线，在电化学反应控制区（Tafel区）区）、混合控制区和扩散控制区各选取若干确定的电、混合控制区和扩散控制区各选取若干确定的电势值，然后在响应电势下测定阻抗。势值，然后在响应电势下测定阻抗。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗实验注意点阻抗实验注意点6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗谱测试中的主要参数设置阻抗谱测试中

34、的主要参数设置InitialFreq/HighFreqFinalFreq/LowFreqPoints/decadeCyclesDCVoltage/InitialEACVoltage/Amplitude哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路6.8.2阻抗谱的分析思路阻抗谱的分析思路1.现象分析现象分析哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路2.图解分析图解分析6.8.2阻抗谱的分析思路阻抗谱的分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实

35、验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路3.数值计算数值计算6.8.2阻抗谱的分析思路阻抗谱的分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路4.计算机模拟计算机模拟6.8.2阻抗谱的分析思路阻抗谱的分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验

36、注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨

37、工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用6.9.1在金属电沉积研究中的应用在金属电沉积研究中的应用-1.15V-1.10V镀锌镀锌哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）镀铜镀铜6.9.1在金属电沉积研究中的应用在金属电沉积研究中的应用 a基础镀液基础镀液A；bA+60mg/LCl；cB+300mg/LOP-21；dB+30mg/LPEG（A）0.3mo

38、l/LCuSO4+1.94H2SO4（B）10mg/LTDY+60mg/LCl-+(A)6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）镀铜镀铜6.9.1在金属电沉积研究中的应用在金属电沉积研究中的应用 无无Cl-时含不同量时含不同量AQ的的Nyquist图图含含60ml/LCl-的的Nyquist图图6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）镀铬镀铬6.9.1在金属电沉积研究中的应用在金属电沉积研究中的应用 铁电极在含铁电极在含2g/L硫酸的镀铬溶液中硫酸的镀铬溶液中-0.9V时的时的Nyquist图图6.

39、9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在合金电镀研究中的应用在合金电镀研究中的应用6.9.1在金属电沉积研究中的应用在金属电沉积研究中的应用 Zn-Fe合金电镀，合金电镀，1.45V（1），），1.5V（2）6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）a只含只含Co2+；b、c、dCo2+Ni2+=5 1；1 1；1 5；e只含只含Ni2+6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用6.9.1在金属电沉积研究中的应用在金属电沉积研究中的应用 在合金电镀研究中的应用在合金电镀研究中的应用哈尔滨工业大学（威海

40、）哈尔滨工业大学（威海）用于拟合的等效电路用于拟合的等效电路 6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用6.9.1在金属电沉积研究中的应用在金属电沉积研究中的应用 在合金电镀研究中的应用在合金电镀研究中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在复合镀研究中的应用在复合镀研究中的应用6.9.1在金属电沉积研究中的应用在金属电沉积研究中的应用 Ni-SiC纳米复合镀液的电化学阻抗图纳米复合镀液的电化学阻抗图（a）200rpm；（；（b）100rpm6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在化学镀研究中的应用在化学镀研究中的应用6.9.1在

41、金属电沉积研究中的应用在金属电沉积研究中的应用 化学镀镍中次亚磷酸钠阳极氧化行为化学镀镍中次亚磷酸钠阳极氧化行为 基础液基础液+0.10molL-1NaH2PO2体系体系基础液基础液+0.10molL-1NaH2PO2体系体系+0.10molL1NaH2PO2体系体系6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.2在电化学反应机理和参数测量中的应用在电化学反应机理和参数测量中的应用碱性溶液中析氢反应的阻抗复平面图碱性溶液中析氢反应的阻抗复平面图Ag电极，电极，2000rpm，过电势：，过电势：1130mV；2190mV；3250mV；4310m

42、V6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.2在电化学反应机理和参数测量中的应用在电化学反应机理和参数测量中的应用6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应用在腐蚀科学研究中的应用在涂料防护性能研究方面的应用在涂料防护性能研究方面的应用 干的富锌涂干的富锌涂层的层的EIS测定富锌涂层测定富锌涂层EIS的装置示意图的装置示意图6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应用在腐蚀科学研究中的应用在

43、涂料防护性能研究方面的应用在涂料防护性能研究方面的应用 在人工海水中浸泡不同时间后富锌涂层的在人工海水中浸泡不同时间后富锌涂层的EIS6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应用在腐蚀科学研究中的应用有机涂层下的金属电极的阻抗谱有机涂层下的金属电极的阻抗谱浸泡初期涂层体系的浸泡初期涂层体系的EIS6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用RL：溶液电阻：溶液电阻RC：涂层电阻：涂层电阻CC：涂层电容：涂层电容CC不断增大不断增大RC逐渐减小逐渐减小浸泡初期涂层体系相当于一个浸泡初期涂层体系相当于一个“纯电容纯电容”，

44、求解涂层电阻会，求解涂层电阻会有较大的误差，而涂层电容可有较大的误差，而涂层电容可以较准确地估算以较准确地估算哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应用在腐蚀科学研究中的应用有机涂层下的金属电极的阻抗谱有机涂层下的金属电极的阻抗谱浸泡中期涂层体系的浸泡中期涂层体系的EIS6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用RPO：通过涂层微孔途径的：通过涂层微孔途径的电阻值电阻值电解质是均匀地渗入涂层电解质是均匀地渗入涂层体系且界面的腐蚀电池是体系且界面的腐蚀电池是均匀分布的均匀分布的哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应用在腐蚀科

45、学研究中的应用有机涂层下的金属电极的阻抗谱有机涂层下的金属电极的阻抗谱浸泡中期涂层体系的浸泡中期涂层体系的EIS6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用涂层中含有颜料、填料涂层中含有颜料、填料等添加物，有的有机涂等添加物，有的有机涂层中还专门添加阻挡溶层中还专门添加阻挡溶液渗入的片状物。液渗入的片状物。电解质的渗入较困难，参与界面腐蚀反应的反应粒子的电解质的渗入较困难，参与界面腐蚀反应的反应粒子的传质过程就可能是个慢步骤。传质过程就可能是个慢步骤。EIS中往往会出现扩散过中往往会出现扩散过程引起的阻抗。程引起的阻抗。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应

46、用在腐蚀科学研究中的应用有机涂层下的金属电极的阻抗谱有机涂层下的金属电极的阻抗谱浸泡后期涂层体系的浸泡后期涂层体系的EIS6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用随着宏观孔的形成，原本存在于有机涂层中的浓度梯度随着宏观孔的形成，原本存在于有机涂层中的浓度梯度消失，另在界面区因基底金属的复式反应速度加快而形消失，另在界面区因基底金属的复式反应速度加快而形成新的浓度梯度层。成新的浓度梯度层。哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应用在腐蚀科学研究中的应用在缓蚀剂研究中的应用在缓蚀剂研究中的应用 MTS的浓度（mM）Rct（kcm2）H(%)0 0.424 0.

47、12.0479.2 12.3081.5104.1989.96.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应用在腐蚀科学研究中的应用在钝化膜性能研究中的应用在钝化膜性能研究中的应用 浸渍时间对钝化膜浸渍时间对钝化膜EIS的影响的影响钝化液钝化液pH对钝化膜对钝化膜EIS的影响的影响6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应用在腐蚀科学研究中的应用在镀层性能研究中的应用在镀层性能研究中的应用 无添加剂无添加剂有添加剂有添加剂高速镀锌层在高速镀锌层在NaC

48、l溶液中的界面溶液中的界面EC6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中的应用在腐蚀科学研究中的应用在镀层性能研究中的应用在镀层性能研究中的应用 化学镀镍磷合金在浓化学镀镍磷合金在浓NaOH溶液中的溶液中的EC高磷化学镀镍镀层在浓碱溶液中的高磷化学镀镍镀层在浓碱溶液中的EIS行为行为6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.4在化学电源研究中的应用在化学电源研究中的应用6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.4在化

49、学电源研究中的应用在化学电源研究中的应用6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.4在化学电源研究中的应用在化学电源研究中的应用6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在化学电源研究中的应用在化学电源研究中的应用 E(V)Rct(10-2cm2)-0.1122.20-0.084.29-0.051.96锑电极在不同过电锑电极在不同过电势时的势时的Bode图图6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在化学电源研究中的应用在化学电源研究中的应用 6.9

50、EIS在电化学中的应用在电化学中的应用J Solid State Electrochem(2005)9:421428哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在化学电源研究中的应用在化学电源研究中的应用 6.9EIS在电化学中的应用在电化学中的应用J Solid State Electrochem(2005)9:421428物理意义：物理意义：Rs:从参比电极到工作电极的溶液电阻从参比电极到工作电极的溶液电阻CPE:与双电层电容关联的常相位角元件与双电层电容关联的常相位角元件Rt:电极的电荷转移电阻电极的电荷转移电阻Wo:固相扩散的沃伯格阻抗固相扩散的沃伯格阻抗哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工