電化學阻抗譜(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,簡寫為EIS),早期的電化學文獻中稱為交流阻抗(ACImpedance)。阻抗測量原本是電學中研究線性電路網絡頻率響應特性的一種方法,引用到研究電極過程,成了電化學研究中的一種實驗方法。
電化學阻抗譜的三種分析方法:實驗、模型和仿真 App。
電化學阻抗譜:實驗
電化學阻抗譜(Electrochemical impedance spectroscopy,簡稱 EIS)是電化學領域廣泛使用的實驗方法,應用于電化學傳感、電池和燃料電池的研究。這項技術的工作原理是,首先在固定電壓下使電池極化,然后施加一個小的附加電壓(偶爾施加電流)來干擾系統。擾動輸入隨時間作時諧振蕩,產生交流電。
電化學阻抗譜:模型
為了模擬 EIS 實驗,我們必須描述關鍵的基礎物理和化學效應,即電極動力學、雙層電容和電化學反應物的擴散。在電分析系統中,大量人工添加的支持電解質使電場保持在較低水平,因此可以忽略溶液電阻。在這種情況下,我們可以使用擴散方程(菲克定律)描述系統中化學物質的質量傳遞,并利用合適的邊界條件描述電極動力學和電容。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。
電化學阻抗譜:仿真 App
電化學仿真的一個常見要求是仿真結果需“符合”實驗數據,以便確定未知的物理量,或者更籠統地說,便于解釋數據。即便是經驗十足的電化學分析人員,也很難直觀地“看到”像奈奎斯特圖這樣的基礎圖中的物理現象和化學反應。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對整個圖的影響。
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