《交流阻抗法》PPT课件.ppt

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1、第九章交流阻抗法本章重点①交流信号作用下的电解池等效电路及其简化；②电化学控制下、扩散控制下以及混合控制下的电极阻抗和动力学参数的求解方法第一节交流阻抗基本知识一、交流阻抗法含义控制通过电化学系统的电流（或系统的电势）在小幅度的条件下（）随时间按正弦波规律变化，同时测量系统电势（或电流）随时间的变化，或者直接测量系统的交流阻抗（或导纳），进而分析电化学系统的反应机理、计算系统的相关参数的方法。二、分类电化学阻抗谱交流伏安法交流阻抗法在平衡电势条件下，研究电化学系统的交流阻抗随频率的变化关系。在某一选定的频率下，研究交流电流的

2、振幅和相位随直流极化电势的变化关系。共同点：应用小幅度的正弦交流激励信号三、电化学系统的交流阻抗的含义激励信号X响应信号（输出信号）YM传输函数小幅度的正弦信号激励信号同频率的正弦波响应信号频率响应函数（频响函数）G(ω)是角频率ω的函数，反应了系统M的频响特性，由M的内部结构所决定。可以从G(ω)随角频率的变化情况获得系统M内部结构的有用信息。XG(ω)Y正弦波电流信号阻抗Z正弦波电势信号正弦波电势信号导纳，Y正弦波电流信号阻抗和导纳总称为阻纳频响函数基本条件：因果条件（唯一因果关系）系统输出的信号只是对于所给的扰动信号的

3、响应。线性条件（频率相同的正弦波）系统输出的响应信号与输入系统的扰动信号之间存在线性函数关系。稳定性条件（稳定不变）对系统的扰动不会引起系统内部结构发生变化。电化学交流阻抗法采用小幅度的正弦波电信号对称的围绕某一稳态直流极化电势进行极化，不会导致电极系统偏离原有的状态，满足稳定性条件正弦交流电的基本知识正弦交流电压的矢量图一个正弦交流电信号（如正弦交流电压）由一个旋转的矢量来表示。根据欧拉（Euler）公式，表示的矢量也可以写成复指数的形式电流可表示为在测量一个线性系统的阻纳时，可以测定其模和相位角，也可测定其实部和虚部。电

4、路描述码／CDC电路描述码（Circuitdescriptioncode,CDC）：在偶数组数的括号（包括没有括号的情况）内，各个元件或复合元件相互串联；在奇数组数的括号内，各个元件或复合元件相互并联，如下图中的电路和电路描述码。串联电路的阻抗是各串联元件的阻抗之和；并联电路的导纳是各并联元件的导纳之和。一个复合元件的阻抗，其倒数即为这个复合元件的导纳。阻抗谱：一个电路在不同频率下的阻抗绘制成的曲线。导纳谱：一个电路在不同频率下的导纳绘制成的曲线。阻抗与导纳①纯电阻的阻抗称为电阻R纯电容的阻抗称为容抗，用表示②阻抗（Z）与导

5、纳（Y）的关系③R、C串联电路④R、C并联电路三、电化学阻抗谱的分类由不同频率下的电化学阻抗数据绘制得各种形式的曲线，都属于电化学阻抗谱。电化学阻抗谱阻抗复平面图阻抗波特图以阻抗的实部为横轴，虚部为纵轴绘制的曲线，也称为奈奎斯特图（Nyquistplot），或叫做斯留特图（Sluyterplot）Bode模图，阻抗的模随频率的变化关系Bode相图，阻抗的相位角随角频率的变化关系四、电化学系统的等效电路在金属电极中，RA→0，RB→0由于平板电容器：，故CAB与Cd和Cd’相比趋近于短路，则：因此上图简化为：两电极体系思考：如

6、何消除辅助电极的阻抗，使电解池等效电路变为研究电极等效电路。辅助电极采用大面积、惰性电极大面积：S辅→∞，Cd辅→∞，则容抗→0，相当于短路.惰性电极：Zf辅→∞三电极体系测定研究电极两电极体系电解池不同点：五、交流阻抗测量方法的特点1、它属于准稳态测量方法(介于暂态与稳态之间的方法)正弦交流电压的矢量图①对于实验点而言，同一周期内（如左图所示）：对单一点来说，有正、负（阴、阳极）与时间有关，不同点间的关系属于暂态；②对于实验过程而言，不同周期（如左图所示）：（N+1）周期重复（N）周期的特征，属于稳态特征；上部：阳极极化过

7、程；下部：阴极极化过程，具备暂态特征。2、适于测量快速的电极过程原因：要求下一周期与上一周期可重复，电极随频率变化很快达到稳态。电极过程：通电时发生在电极表面一系列串联的过程（传质过程、扩散过程、电化学过程）。3、浓差极化不会积累性发展，但可通过交流阻抗将极化测量出来①控制幅度小（电化学极化小）；②交替进行的阴、阳极过程，消除了极化的积累。4、Rr、Cd和RL是线性的，符合欧姆特征，是常数（小幅度测量信号）第二节传荷过程控制下的简单电极体系的电化学交流阻抗谱法对于具有四个电极基本过程的简单电极反应，在某一直流极化稳态下进行电

8、化学阻抗谱测试。浓差极化可忽略，电极处于传荷过程控制，等效电路为：实部ZRe虚部ZIm由于电极等效电路中只存在电阻、电容元件，等效电路也可用一个电阻和一个电容串联的电路代替。一、电极阻抗与等效电路的关系均为频率ω的函数，随频率ω的变化而变化。实部ZRe虚部ZIm二、频谱法1、实频特性曲线实