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電化學(xué)阻抗譜的三種分析方法介紹

更新時(shí)間:2021-05-11瀏覽:4360次
電化學(xué)阻抗譜(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,簡(jiǎn)寫為EIS),早期的電化學(xué)文獻(xiàn)中稱為交流阻抗(ACImpedance)。阻抗測(cè)量原本是電學(xué)中研究線性電路網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)特性的一種方法,引用到研究電極過程,成了電化學(xué)研究中的一種實(shí)驗(yàn)方法。
 
電化學(xué)阻抗譜的三種分析方法:實(shí)驗(yàn)、模型和仿真 App。
 
電化學(xué)阻抗譜:實(shí)驗(yàn)
電化學(xué)阻抗譜(Electrochemical impedance spectroscopy,簡(jiǎn)稱 EIS)是電化學(xué)領(lǐng)域廣泛使用的實(shí)驗(yàn)方法,應(yīng)用于電化學(xué)傳感、電池和燃料電池的研究。這項(xiàng)技術(shù)的工作原理是,首先在固定電壓下使電池極化,然后施加一個(gè)小的附加電壓(偶爾施加電流)來干擾系統(tǒng)。擾動(dòng)輸入隨時(shí)間作時(shí)諧振蕩,產(chǎn)生交流電。
 
電化學(xué)阻抗譜:模型
為了模擬 EIS 實(shí)驗(yàn),我們必須描述關(guān)鍵的基礎(chǔ)物理和化學(xué)效應(yīng),即電極動(dòng)力學(xué)、雙層電容和電化學(xué)反應(yīng)物的擴(kuò)散。在電分析系統(tǒng)中,大量人工添加的支持電解質(zhì)使電場(chǎng)保持在較低水平,因此可以忽略溶液電阻。在這種情況下,我們可以使用擴(kuò)散方程(菲克定律)描述系統(tǒng)中化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量傳遞,并利用合適的邊界條件描述電極動(dòng)力學(xué)和電容。在 COMSOL Multiphysics® 軟件中,我們使用電分析接口和“電極表面”邊界特征來描述這些方程。
 
電化學(xué)阻抗譜:仿真 App
電化學(xué)仿真的一個(gè)常見要求是仿真結(jié)果需“符合”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),以便確定未知的物理量,或者更籠統(tǒng)地說,便于解釋數(shù)據(jù)。即便是經(jīng)驗(yàn)十足的電化學(xué)分析人員,也很難直觀地“看到”像奈奎斯特圖這樣的基礎(chǔ)圖中的物理現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)。然而,通過在一系列條件下模擬這些繪圖,我們可以揭示不同效應(yīng)對(duì)整個(gè)圖的影響。
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