电化学阻抗谱等效电路模型方法省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

电化学阻抗谱等效电路模型解析方法电化学阻抗谱研究方法原理电化学阻抗谱测量技术电化学阻抗谱等效电路模型数据解析方法1.等效电路模型解析路径2.电化学阻抗谱等效电路解析方法物理化学基础3.电化学阻抗谱等效电路模型解析准则4.建立等效电路模型基本方法5.电化学过程和等效电路模型一致性检验基本标准6.溶液/膜/金属体系电化学阻抗响应特征7.电化学阻抗谱等效电路模型解析完备步骤电化学参量扰动控制和响应测量：电化学过程参量i=f(E,t,,C…)=f(E)t,,C…；函数扰动能够取得可解析线性响应；Ei,解析i和E关系，获知G函数性质；时间域/频率域响应传输函数G(t/)简单电化学过程能够用时间域G(t)方法：简单结构，低阻抗，快速过程；复杂电化学过程可用频率域G()方法：复杂结构，高阻抗，多个快-慢复合过程；小幅值交流信号扰动-响应-解析——电化学阻抗谱方法阻抗响应传输函数G()=E/i；导纳响应传输函数G()=i/E；小幅值扰动——线性区响应；正弦波扰动——正弦波响应；频率域——宽范围展开多步骤子过程，取得不一样速度容抗/感抗丰富信息——深入认识电化学过程。电化学阻抗谱研究方法电化学阻抗谱测量方法：扰动和响应可靠测量技术；电化学阻抗谱解析方法：动力学解析，等效电路模型解析；电化学阻抗谱研究方法前提条件因果性：响应信号和扰动信号间存在因果关系，响应信号只是扰动信号响应，而非其它信号（如噪声）响应；线性：响应信号与扰动信号存在同频率线性函数关系，不存在高次谐波；稳定性：扰动信号不会引发系统内结构改变（不引发其它变量改变，如表面状态），停顿扰动后能够恢复初始状态。3.电化学阻抗谱方法特点1.影响电化学阻抗谱测量若干原因恒电位仪电位范围:10V电位上升时间:<1微秒槽压:12V电流范围:250mA参比电极输入阻抗:11012欧姆灵敏度:1/V共12档量程输入偏置电流:<50pA电流测量分辨率:<0.01pACV最小电位增量:0.1mV电位更新速率:5MHz快速数据采集:16位分辨@1MHz外部电压输入信号统计通道自动及手动iR降赔偿（2）电解池系统影响工作电极：腐蚀产物和表面膜造成电极表面稳定性、密封缝隙、接地、电流分布参比电极系统：体系响应时间应该远小于扰动时间；高阻抗响应时间长造成高频相移；高阻抗盐桥会降低响应速度；多孔陶瓷电导；辅助电极：过高阻抗会显著干扰测量结果；导线夹电阻：鲁金毛细管：过细阻抗高、气泡断路、盐桥：Cl-和有机物污染，高内阻影响；（3）测量条件影响2.电化学测试有效性检测等效电路模型解析方法特点1.等效电路模型解析路径（1）目标：获取传递函数——认知电化学过程机构（2）路径：测定电化学过程阻抗谱响应？直接认知电化学机构困难——需要借助数学物理方法解析阻抗谱响应建立等效电路模型（或动力学模型）验证等效电路阻抗谱响应一致性验证电化学过程机构一致性认识电化学过程机构（3）困难：电化学过程-阻抗谱响应-等效电路模型三者并非一一对应关系；（4）处理：等效电路和电化学过程一致性验证：阻抗响应一致性+结构和性质一致性；（1）电化学过程与等效电子电路比较相同点——形式模拟电化学过程和等效电子电路含有相同阻抗谱响应均存在多时间常数R、C、L响应；电化学过程和等效电路都恪守相同电学基本规律均可用电流、电位等参量和并联、串联结构来描述；电化学阻抗谱等效电路模型解析方法基础：可依据阻抗谱响应特征建立电化学过程和等效电路之间相关性，推断电化学过程机理和结构。不一样点——本质区分无法用电子电路元件模拟电化学过程元件扩散过程元件W、弥散效应元件CPE、电化学过程电流性质和界面转换无法模拟电化学过程电流在不一样相内含有不一样形式，在相界面发生电流机制转换，并保持电流连续性；电化学过程中电流：金属为电子电流，溶液为离子电流，钝化膜中为半导体多数载流子电流，在相界面发生等当转换保持电流连续性。还包括锈层电流、涂层电流、微生物膜电流等等。这些性质无法简单用等效电路直接模拟。电极表面电流不均匀分布行为无法用集中电子元件描述局部腐蚀过程、涂层破损失效过程、不均匀表面之间耦合电流。(2)等效电路与其阻抗谱响应非对应关系3D3.电化学阻抗谱等效电路模型解析准则4.建立等效电路模型基本方法电化学过程阻抗响应特征及其等效电路模型建立简单腐蚀电化学过程等效电路模型5.电化学过程和等效电路模型一致性检验基本标准6.溶液/膜/金属体系电化学阻抗响应特征有机涂层膜：完好膜/劣化膜/破损膜；导电本质是孔隙溶液导电；腐蚀产物膜：取决于孔隙率和膜导电性质；金属氧化物导电性取决于其缺点和掺杂，属于半导体导电；钝化膜：半导体导电化学转化膜：绝缘膜/孔隙膜化学修饰膜：膜化学组成与结构微生物膜：95%含水量，溶液离子导电；缓蚀剂膜：膜化学组成与结构防锈油膜：致密膜