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技术分享 | 电化学阻抗谱如何进行数据分析
加入日期:2023-11-05 11:08:58     字体大小:       

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电化学阻抗谱的测试是常用的电化学分析手段,一般在固定电压的极化条件或开路状态下进行测试,在此基础上施加小幅度的交流电压,工作站采集电极的电流和电压信号,结果我们会做奈奎斯特图和波特图,那如何根据图谱对器件进行表征呢,这篇文章教你如何分析电极的阻抗。

1.电化学阻抗谱测试

一般我们实验室基本做电化学测试,都会有辰华或者科斯特或者进口的像zahner,gamry,普林斯顿基本都有阻抗测试,就是国内的工作站,阻抗测试稳定性不太好,这里我们以辰华工作站和zahner测试为例;

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1 选择技术和参数设置页面

参数设置界面如上图1右,

1> 首先设置Init E为固定电压(实验要求)或设置为开路电位。

2> 设置测试高频起始点(High Frequency)和低频结束点(Low Frequency),一般100000hz-100mhz即可满足测试分析需求,但要考虑到具体电极的性质进行调节。

3> 接下来设置Amplitude为所施加的正弦交流电压,一般设置为10mV

4> 静止时间可适当设置使电极状态稳定。其他参数保持默认即可。

2.电化学阻抗谱如何数据分析

电化学阻抗谱有两种形式,一种是奈奎斯特图(Nyquist plot),一种波特图(Bode plot)

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奈奎斯特图横坐标是阻抗实部,纵坐标是阻抗虚部;常用奈奎斯特图进行数据分析,将一个电化学系统看作成一个等效电路,这个等效电路是有电阻、电容、电感等基本元件按串联或者并联等不同方式组合而成,通过EIS测定等效电路的过程和各元件的大小,利用这些元件的电化学含义来分析电化学系统和性质。波特图横坐标是频率,纵坐标是相位角和阻抗。file

2.1 定性分析

将测试数据做成奈奎斯特图,阻抗低频区为物质转移(Mass-transfer)控制,高频区为电荷转移(Charger-transfer)主导。判断圆弧的大小可以定性比较电极的电化学阻抗大小,弧半径大代表阻抗大,反之则小。如下图绿色曲线阻抗小于红色。

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2.2 定量分析

将测试数据进行拟合分析,依靠等效电路来推测电化学反应过程中各部分阻抗的变化,拟合常用的电路图为R-R|CR:电阻;C:电容)。拟合可以得到各部分的阻抗数据,进行分析比对可以判断变化。通拟合使用Zview和ZSimDemo两款软件,得到拟合数据和等效电路图。

⚠️这里需要注意测试事项:

1.等待电极状态(开路电位)稳定后进行测试

2.三电极体系注意不要短路

3.测试电解液不同会导致结果不同,因此应尽量保持测试条件一致。

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