交流阻抗的研究方法.doc

交流阻抗的研究方法

?交流阻抗的研究方法概述

?电极等效电路的概念

?电化学极化的交流阻抗

?浓差极化的交流阻抗

?电化学极化与浓差同时存在的交流阻抗

?其他复杂电极过程的交流阻抗

?交流阻抗的测量方法

交流阻抗的研究方法概述

?4.1.1什么是交流阻抗研究方法

?4.1.2交流阻抗方法的实验条件与研究内容

?4.1.3交流阻抗研究方法的特点

什么是交流阻抗研究方法

?交流阻抗方法是控制电极电势（或通过电

极的电流）按正弦波规律随时间变化，同

时测量电极体系的交流阻抗（或导纳）来

研究电极过程

?电极过程模拟为由电阻与电容串、并联组

成的等效电路

交流阻抗方法的实验条件与研究内容

?交流阻抗实验一般采用小幅度正弦波

交流电，电极电势的振幅限制在10mV

以下，更严格时为5mV以下

?交流阻抗研究内容主要为:

?双电层电容(吸附等)

?电化学动力学参数

?电极过程动力学规律

交流阻抗研究方法的特点

?电极过程中一些比较复杂的关系(φ～i、φ～C等

对数关系)都可以简化为线性关系

?电极过程等同于电阻与电容串、并联组成的简单

电路

?电极表面状态在测量过程中可基本保持不变

?测量结果的数学处理方便

?易于配合计算机实现测试与结果分析自动化

电极等效电路的概念

?4.2.1交流电的概念与基本性质

?4.2.2电极过程的等效电路

交流电的概念与基本性质

?4.2.1.1交流电压的几种数学表示式

?4.2.1.2简单电路的交流阻抗

?4.2.1.3等效电路的特点

交流电压的几种数学表示式

?正弦波交流电电压随时间作正弦波变化的表示式：

?V=V

m

Sinωt

?式中V

m

为交流电压的振幅，ωt为相位，t为时间，ω为角

频率。ω与频率f和周期T的关系为ω=2πf=2π/T。

?交流电压作为矢量在复数平面中可以表示为：

?V=V

m

Cosωt+jV

m

Sinωt

?V

m

cosωt为交流电压矢量在实轴上的投影，V

m

sinωt为交

流电压矢量在虚轴上的投影，j表示为虚数单位。

?根据欧拉公式用指数形式表示复数时则为：

?V=V

m

exp(jωt)

简单电路的交流阻抗

?由纯电阻R组成电路的交流阻抗

?由纯电容C组成电路的交流阻抗

?由电阻R与电容C串联组成电路的交流阻抗

?由电阻R与电容C并联组成电路的交流阻抗

由纯电阻R组成电路的交流阻抗

?交流电压V=V

m

exp(jωt)

?交流电流i=(V

m

/R)exp(jωt)=i

m

exp(jωt)

?电流与电压相位相同

?阻抗Z

R

=V/i=R

?阻抗Z

R

为一实数且等于纯电阻R

由纯电容C组成电路的交流阻抗

?交流电压V=V

m

exp(jωt)

?交流电流i=CdV/dt=jωCV

m

exp(jωt)

?i=jωCV

?阻抗Z

C

=V/i=1/jωC

?阻抗Z

C

为一共轭复数

电阻R与电容C串联组成电路的交流阻抗

?阻抗Z=Z

R

+Z

C

?Z=R+1/jωC=R+j/j

2

ωC

?Z=R-j/ωC

?Z=R-j/ωC是复数Z=R+j/ωC的共轭复数

?由电阻R与电容C串联组成电路的交流阻

抗Z为一共轭复数

电阻R与电容C并联组成电路的交流阻抗

?阻抗倒数:1/Z=1/Z

R

+1/Z

C

?1/Z=1/R+jωC

?1/Z称为导纳

?1/Z=1/R+jωC是复数

?由电阻R与电容C并联组成电路的导纳

1/Z为一复数

等效电路的特点

?串联电路与并联电路可以等效互换

?复杂电路可以与简单电路等效互换

电极过程的等效电路

?电极过程各单元步骤的等效电路表示方式

?简单电荷传递反应的电极过程的等效电路

?实验电解池(辅助电极与研究电极之间)的

等效电路

?实验电解池等效电路的简化

电极过程各单元步骤的等效电路表示方式

?双电层充电过程(双电层电容)用电容C

d

表示

?电化学反应过程用电化学反应电阻R

r

表示

?电解质溶液产生的电阻R

1

用溶液电阻表示

?反应物或产物的液相传质用电阻R

W

与电容C

W

串联

组成的电路(Z

W

)表示

?反应物或产物在电极表面发生吸附用电容C

吸

表示

?前后置反应过程用阻抗Z

f

表示

电极过程各单元步骤的等效电路的组成方式

?电极过程中各单元步骤在交流阻抗实验(暂态)条

件下的组合原则:

?双电层充电与电化学反应同时进行而在电路中并

联

?液相传质与电化学反应串联

?前、后置转化反应与电化学反应