4电化学阻抗谱的测量与解析

能源与化学工程实验报告第1页北京理工大学能源与化学工程实验预习报告姓名班级学号实验日期2016年5月4日指导教师_______________同组姓名成绩_______________实验名称电化学阻抗谱的测量与解析一、实验目的1.了解应用电化学阻抗谱进行电化学研究的基本原理。2.熟悉应用CHI电化学工作站进行各种方法电化学测量的基本步骤。3.初步掌握应用CHI电化学工作站测量电化学阻抗谱的基本方法。4.初步掌握应用Zsimpwin软件进行电化学阻抗谱解析的方法。二、实验内容和原理交流阻抗方法应用于电化学体系时，也称为电化学阻抗谱法(Electrochemical电化学Impedance阻抗Spectroscopy谱)。该方法是指控制通过电极的电流(或点位)在小幅度条件下随时间按正弦规律变化，同时测量作为其相应的电极电位(或电流)随时间的变化规律，或直接测量电极的交流阻抗(或导纳)。由于该方法具有线性关系简化、交流平稳态以及扩散等效电路集中参数化等优势，该方法已经成为研究电极过程动力学和点击表面现象最重要的方法之一。如一个正弦交流电压可表示成：)1(sin)(0tEtE式中，E0为交流电压的幅值，ω是角频率。一个电路的交流阻抗是一个矢量，这个矢量的模值为：00IEZ，矢量的幅角为Ψ。也可表示为：)2()sin(cosImRejZZjZZZRe称为阻抗的实部，ZIm称为阻抗的虚部。cosReZZ，sinImZZ能源与化学工程实验报告第2页由于该方法在一个很宽的频率范围内对电极系统进行测量，因而可以在不同的频率范围内分别得到溶液电阻，双电层电容及电化学反应电阻的有关信息。在更为复杂的情况下，不但可以在不同的频率得到有关参数的信息，而且可得到阻抗谱的时间常数个数及有关动力学过程的信息，从而可推断电机系统中包含的动力学过程及机理。因此，测量电机系统的交流阻抗，一般说来有两个目的。一个目的是推测电机系统中包含的动力学过程及其机理，确定与之相适应的物理模型或等效电路。另一个目的是，在确定了物理模型或等效电路之后，根据测得的阻抗谱，求解物理模型中各个参数，从而估算有关的动力学参数。三、主要仪器设备1.实验仪器CHI电化学工作站1台，电解池1个。2.试剂及材料15mMK3Fe(CN)6+15mMK4Fe(CN)6+1MKCl电极为1cm2的镍片，除工作区域外用用环氧树脂密封。四、操作方法与步骤接好电解池，绿色和黄色的线接工作电极，红色白色的线接对电极。测试步骤如下：(1)启动CHI电化学工作站，运行测试软件。在setup菜单中点击technique选项。在弹出菜单选择“ACimpedance”。(2)在setup中点击Parameters。弹出菜单中输入测试条件：初始点位为0V，高频为105Hz，低频为0.1Hz，振幅0.01V，静止时间2S，灵敏度选择自动灵敏度。(3)在control中点击runexperiment，进行测量。(4)测试完毕后，保存并命名测试结果，保存为CSV格式，删除CSV文件中两列数据保存为TXT格式文件，备后续Zsimpwin模拟使用。(5)打开Zsimpwin，代开之前的TXT，点击拟合电路图标选择R(CR)和R(OR)模型，点击OK进行拟合，是否保存点击是，默认保存路径选择否，选择自己要保存的文件，然后点击记录本图标查看拟合数据，记录end列中的数值。(6)实验完毕，关闭仪器，清洗电极。