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锂电池电化学阻抗谱EISVIP免费

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电化学阻抗谱1、电化学阻抗谱电感能使电流提前,电容能使电流滞后,因此出现电压与电流产生相位角。感抗=ωL。CPE全称为ConstantPhaseAngleElement,即常相位角元件。实际上,CPE指的是具有同一种特征的电路元件,Warburg阻抗也属于CPE的一种。所谓常相位,意思是阻抗与1/jω的幂具有相关性。这里的power-lawfunction就是幂函数。幂的意思就是乘方。另外,这种幂相关性是由于电极界面上的不规则形状所导致的动力学弛豫。更重要的是,这里的阻抗,并没有特指是哪一种阻抗,可以是电容、电感,也可以是扩散阻抗。要想彻底了解CPE,还得从来源上说起。1、对于一个平整的电极而言,不考虑电解液各种对流、迁移等作用时,可以认为各处性质相同,此时,电极表面各处对离子吸附、吸引等能力是相同的,即电导相同2、对于一个不平整的电极而言,这种情况就会出现变化,我们举个简单的例子,电极表面某处出现了一个斜坡,如下图要知道,在电化学中对于电解池的几何形状是比较讲究的,特别是在电镀时,形状会影响电流的分布。那么,在这里,仅仅是一个斜坡就会造成其上的电极各处电导不相等,即反应在阻抗中,就会偏离原先的理想元件数值。而且,变化后的阻抗值是与1/jω的幂呈正比。当然,电流的不均匀分布等等因素均可导致同样的结果。CPE的具体表达式为:Y0一般来说指的是电容C。前面说的这些忽略了一些内容,也就是为什么阻抗会和1/jω的幂相关。这是因为要计算一个不规则的电极界面的阻抗值时,就需要借助积分,经过数学运算得到的结果,就含有α这个幂指数项,具体推导过程这里不赘述了,仅简单描述一下有助理解即可:第一步:任何电极界面均可认为是一个电阻R和一个电容C的并联(有的同学想不通,实际上任何电极界面都存在法拉第过程和双电层,那么,电极表面总电流是由法拉第电流和双电层电流共同组成的,这跟并联电路的规律是一致的);第二步:对电极界面进行微分处理,每一个微小的区域均可写出RC并联电路的阻抗,即Z=R+1/jωC;第三步:对上式进行微分后再积分,就可以得到不规则电极的总阻抗了,对具体过程感兴趣的同学可以找找相关资料。有了CPE的阻抗公式,就可以继续分析了。不难从公式中看出,不同的α取值,阻抗代表的元件也不同,如下表所示小插曲:所以,编者就听过有人说,在拟合Warburg阻抗时,需要固定α值为0.5,实际上,真正能与理论数值吻合的情况少之又少,大多数实际情况还是偏离以上表格中列出的几个数值的。电容或电感本身是具有介电行为的,什么是介电行为?就是跟变化趋势反着来以减缓这种变化到平衡状态的时间,这里有一个动画视频很生动的介绍了这种变化,看看吧,是国外一个做教育视频比较出名的人做的:如果,这种电容或电感行为是非理想的(由电极表面特殊情况造成),那么α值就不会是一个整数。对于电阻而言,本身阻抗是一个特定值,因此,在拟合等效电路时,可以用CPE替代电容C,而不需要替代电阻R。下面继续介绍一下Warburg阻抗,其含义就是一条45°的CPE阻抗曲线。它在电化学中被称为扩散阻抗。这是因为由最基本的菲克定律也可以推导出一条45°度的斜线,而仅通过电路原理的知识获得的就不能叫做扩散阻抗了,只能被称为Warburg阻抗。编者会在下期将电化学中的推导过程展示出来。

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