第6章 由扩散过程引起的法拉第阻抗
处理与解析
6·1由扩散过程引起的法拉第阻抗
第9章 电化学阻抗谱在腐蚀
6·2平面电极的半无限扩散阻哈抗尔(等滨工效业元大件学W（) 威海）科学中的应用
交流阻抗谱原理及应用－史美伦
国防工业出版社，2001
• 第一章 基本电路的交流阻抗谱 第二章 电化学阻抗谱 第三章 交流极谱 第四章 线性动态系统的传递函数 第五章 稳定性和色散关系 第六章 交流阻抗谱的测量与数据处理 第七章 在材料研究中的应用 第八章 固体表面 第九章 在器件上的应用 第十章 在生命科学中的应用
哈尔滨工业大学（威海）
电化学阻抗谱导论－曹楚南
导言
科学出版社，2002
第1章 阻纳导论
第2章 电化学阻抗谱与等效电路
第3章 电极过程的表面过程法拉第导纳
第4章 表面过程法拉第阻纳表达式与等效电 路的关系 4·2除电极电位E以外没有或只有一个其他状 态变量 4·3除电极电位E外还有两个状态变量X1和 X2
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f /Hz
6.5 溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS
6.5.2 Bode图 3 时间常数
RpCd
1
*
* 1 RpC d
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补充内容
常见的规律总结 在阻抗复数平面图上，第1象限的半圆 是电阻和电容并联所产生的，叫做容抗 弧。 在Nyquist图上，第1象限有多少个容抗 弧就有多少个(RC)电路。有一个(RC)电 路就有一个时间常数。
)2
6.5 溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS
6.5.1 Nyquist图
Z' RL 1(RRppCd)2
Z''
Rp2Cd 1 (RpCd
)2
讨论： （1）高频区 （2）低频区
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6.5 溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS
6.5.2 Bode图
1 图 lg Z ~lg Z(RLRp)jRLRpCd
6.4 溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS
6.4.2 Bode图
1 图 lg Z ~lg
Z Z'2 Z''2
lgZlgR p1 2lg[1(R pC d)2]
讨论：
（1）高频区
（2）低频区
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6.4 溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS
6.4.2 Bode图
2 ～lg 图
Rp2Cd
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补充内容
常见的规律总结 一般说来，如果系统有电极电势E和另 外n个表面状态变量，那么就有n+1个时 间常数，如果时间常数相差5倍以上， 在Nyquist图上就能分辨出n+1个容抗弧。 第1个容抗弧（高频端）是(RpCd)的频响 曲线。
6·3平面电极的有限层扩散阻 抗(等效元件0) 6·4平面电极的阻挡层扩散阻 抗(等效元件T) 6·5球形电极W
6·6球形电极的O
6·7球形电极的T 6·8几个值得注意的问题
第5章 电化学阻抗谱的时间常数
第7章 混合电位下的法拉第
5·1状态变量的弛豫过程与时间常数
阻纳
5·2EIS的时间常数
第8章 电化学阻抗谱的数据
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6.1 有关复数和电工学知识－复数
2 复数表示法
（1）坐标表示法 （2）三角表示法
Z Z'2Z''2coZs'siZ n''
Z Z ' jZ '' Z c o s jZ s in
（3）指数表示法
Z Z ej
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6.1 有关复数和电工学知识－复数
3 复数的运算法则
lgZ1 2lg [1(R L C d)2] lg lgC d
（1）高频区
（2）低频区
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6.3 理想极化电极的电化学阻抗谱
Bode图 2 ～lg 图
arctg Z ''
Z'
讨论： （1）高频区
1
arctgCd arctg 1
RL
RLCd
（2）低频区
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6.3 理想极化电极的电化学阻抗谱
时间常数
当处于高频和低频之间时，有一个特征频率*，在这个特 征频率， R L 和 C d 的复合阻抗的实部和虚部相等，即：
RL
1 *C d
* 1 R LC d
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6.4 溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS
Y=YR p＋ YC d＝ R 1pj C d1jR p C dR p
Z1(R RppCd)2j1 (RR p2C pC dd)2
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ห้องสมุดไป่ตู้
6.1 有关复数和电工学知识－电工学
1 正弦交流电流经过各元件时电流与电压的关系
（1）纯电阻元件
V
URUmsint
IU R RU msR intImsint
R
V I
电阻两端的电压与流经电阻的电流是同频同相的正弦交流电
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6.1 有关复数和电工学知识－电工学
V
（2）纯电感元件
I
ImsineLtLddIt
L d dt
(Imsint)
Imt
sin(t
)
2
ULeLIm Lsin(t2)
L I
V
t
电感两端的电压与流经的电流是同频率的正弦量， 但在相位上电压比电流超前 2
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6.1 有关复数和电工学知识－电工学
I V t
Z jL
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（1）加减
( a j b ) ( c j d ) ( a c ) j ( b d )
（2）乘除
( a j b ) ( c j d ) ( a c b d ) j ( b c a d ) a c b d (b c a d )
(a jb ) (cjd )c 2 d 2jc 2 d 2
Z'
1
Rp
(RpCd
)2
Z''
1
Rp2Cd (RpCd
)2
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6.4 溶液电阻可忽略时电化学极化的EIS
6.4.1 Nyquist图
Z' 1
Rp
RpCd
2
Z'' Rp2Cd
1 RpCd
2
Z'
Rp 2
2
Z''2
Rp 2
2
讨论：
（1）高频区
（2）低频区
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6.1 有关复数和电工学知识－电工学
V
（3）纯电容元件
UCUmsint
I
dQ dt
d(CU) dt
C d dt
(Um
sint)
UmCcost
Im
sin(t
)
2
||
C
V I t
电容器的两端的电压和流经的电流是同频率的正弦量， 只是电流在相位上比电压超前 2
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6.1 有关复数和电工学知识－电工学
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引言
• 定义
在一系列不同角频率下测得的一组这种频响 函数值就是电极系统的电化学阻抗谱。 若在频响函数中只讨论阻抗与导纳，则G总 称为阻纳。
G =G '+jG ''
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引言
• 优点
➢用小幅度正弦波对电极进行极化 不会引起严重的浓度极化及表面状态变化 使扰动与体系的响应之间近似呈线性关系
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主要内容与学习要求
• 6.1 有关复数和电工学知识 • 6.2 电解池的等效电路 • 6.3 理想极化电极的EIS • 6.4 溶液电阻可以忽略时电化学极化的EIS • 6.5 溶液电阻不能忽略的电化学极化电极的EIS • 6.6 电化学极化和浓差极化同时存在的电极的EIS • 6.7 阻抗谱中的半圆旋转现象 • 6.8 阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路 • 6.9 电化学阻抗谱的应用
6.2 电解池的等效电路
（2）
（1） （3）
（4）
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（5）
6.2 电解池的等效电路
电路描述码 (Circuit Description Code, CDC)
规则如下：
元件外面的括号总数为奇数时，该元件的第一层运 算为并联，外面的括号总数为偶数时，该元件的第 一层运算为串联。
演练
-20
101 0 10-1 100 101 102 103 104 105
f ,Hz
-100 100
-80
-60
-40
10
-20
0 1
10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106
f/Hz
RC
（RC）
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6.5 溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS
Cd与Rp并联后的总导纳为
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6.3 理想极化电极的电化学阻抗谱
Z=ZRL ZCd
R Lj1 C dR Lj 1 C dR Lj21 fC d
电解池阻抗的复平面图（Nyquist图）
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6.3 理想极化电极的电化学阻抗谱
Bode图
1 图 lg Z ~lg
讨论：
Z Z'2Z''2
1jRpCd
l g Z l g ( R L R p ) l g 1 j 2 l g 1 j 1