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什么是电化学阻抗谱EIS [复制链接]

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电化学阻抗谱即通过测量阻抗随正弦波频率的变化,进而分析电极过程动力学、双电层和扩散等,研究电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护等机理。

电化学阻抗谱(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,简称EIS):给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流电势波,测量交流电势与电流信号的比值(此比值即为系统的阻抗)随正弦波频率ω的变化,或者是阻抗的相位角Φ随ω的变化。

1、EIS的强大功能

广义上,EIS可以理解为一种高精度、宽频带和无损伤的传感器,对电化学能源系统的外部因素(如温度、湿度、压力、流量、浓度以及负载等)和内部因素(如材料本体、界面、组分和制备工艺等)同时具有敏感性,即EIS具备强大诊断功能的基础。有了EIS数据,一个完整的电化学描述是可能的。

但尽管EIS诊断功能强大,EIS对电化学能源器件外部因素和内部因素的敏感效应却无选择性,这导致了EIS解析的复杂性。另外,EIS通过敏感性实现诊断功能,但是这种诊断不是直接而是间接的,即诊断结果不是所见即所得。EIS敏感特性的无选择性和非直接性,导致EIS的理解过程如同盲人摸象。因此,EIS诊断结果的有效性需要其他表征手段来支撑和检验。

2、如何实现EIS诊断?

为实现EIS模拟仿真功能,假设锂离子电池的物理电化学过程完全已知,然后就可以抽象建立EIS模型并模拟仿真锂离子电池的EIS谱图。换言之,通过数值计算得到EIS谱图,同时调整EIS模型参数,以期最大程度复现测试EIS谱图。实现EIS模拟仿真,不是电化学人的最终目标,而是校验EIS模型有效性的先决步骤,最终为实现EIS诊断分析服务。

为实现EIS诊断分析功能,假定被诊断对象EIS的数据已知,其EIS谱图特征可获知,可以结合被诊断对象已知的物理电化学特征构建或者选取合适的EIS模型,进而实现对EIS谱图的定量解读。EIS谱图的解读结果,有助于揭示电化学能源器件中的速度决定步骤,以及评估运行参数对电化学能源器件的影响。

小结

(1)EIS将电化学过程抽象为一个电路模型;

(2)模型中主要包括内阻RΩ,双电层电容Cd和法拉第阻抗Zf三个部分;

(3)Zf可进一步分为电子转移和物质转移两个部分,分别对应谱图中“高频区”和“低频区”;

(4)具体问题具体分析,需要结合相应领域知识,才能让EIS发挥更大作用。

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