电化学阻抗谱(electrochemicalimpedancespectroscopy,简称EIS)一开始用于研究线性电路网络频率响应特性,将这一特性应用到电极过程的研究,形成了一种实用的电化学研究方法。电化学阻抗谱测试需要具备一定的前提条件。首先,交流微扰信号与响应信号之间必须具有因果关系;其次,响应信号必须是扰动信号的线性函数;第三,被测量体系在扰动下是稳定的,即满足因果性、线性和稳定性3个基本条件,可以用Kramers-Kronig变换来判断阻抗数据的有效性。动态EIS设备的便携式设计使得测试过程更加方便和灵活,可以适用于各种不同的测试场景和应用需求。新疆动态eis哪里买
EIS通过在电化学系统(如锂离子电池)上施加小幅度的正弦波交流信号,并测量系统在不同频率下的响应,从而得到系统的阻抗随频率的变化关系。这种关系反映了电池内部电化学过程的频率响应特性,包括电荷转移、离子扩散、界面反应等。EIS测试过程中,施加的交流信号幅度很小,不会对电池内部结构造成破坏,因此可以反复测试以跟踪电池性能的变化。通过测量宽频率范围内的阻抗变化,EIS可以获取电池内部多个电化学过程的详细信息,如电荷转移电阻、扩散系数等。结合在线监测技术,EIS可以实时监测电池在充放电、老化、故障等过程中的阻抗变化,为电池管理提供重要依据。不同SOC下,锂离子电池的阻抗特性会有所不同。通过在不同SOC下进行EIS测试,可以建立阻抗与SOC之间的关系模型,从而实现对电池SOC的准确评估。随着电池的老化,其内部阻抗会逐渐增加。通过定期或连续进行EIS测试,可以监测电池阻抗的变化趋势,从而评估电池的健康状态并预测剩余使用寿命。在电池发生过充、过放、内部短路等故障时,其阻抗特性也会发生明显变化。通过对比正常状态与故障状态下的EIS图谱,可以及时发现并诊断电池故障。青海动态eis推荐厂家炙云科技EIS设备的便携式设计使得测试过程更加方便,无论在实验室还是生产线都能轻松进行。
EIS测量的前提条件:
因果性条件:输出的响应信号只是由输入的扰动信号引起的的。也就是说测量信号和扰动信号之间存在对应的因果关系,任何其它干扰信号都必须排除。如果充分注意了电化学系统环境因素(比如温度等)的控制,这个条件比较容易满足。
线性条件:输出的响应信号与输入的扰动信号之间存在线性关系。通常的情况下,电化学系统的电流与电势之间是不符合线性关系的,而是由体系的动力学规律决定的非线性关系。但是,当采用小幅度的正弦波电势信号对系统进行扰动时,作为扰动信号的电势和响应信号的电流之间可近似看作呈线性关系,从而可近似的满足线性条件。通常作为扰动信号的电势正弦波的幅度在5mV左右,一般不超过10mV。
稳定性条件:扰动不会引起系统内部结构发生变化,当扰动停止后,体系能够回复到原先的状态。对于可逆反应来说,稳定性条件比较容易满足,对于不可逆的电极过程,只要电极表面的变化不是很快,当扰动幅度小,作用时间短,扰动停止后,系统也能够恢复到离原先状态不远的状态。可以近似的认为满足稳定性条件。对于非常快速的电极反应,或者是扰动的频率低,作用时间长时,稳定性条件的满足较困难,所以EIS研究快速不可逆反应有一定困难。
EIS(电化学交流阻抗谱)广泛应用于电化学领域的研究,是一种被研究人员认为是表征电化学反应机制和优化电池材料的关键技术。在电化学中,有两种常见的电流技术,直流(DirectCurrent,DC)和交流(AlternativeCurrent,AC)。对于直流来说,常见的电压电流控制法,恒电流充放电属于这类应用,在电化学体系中,响应信号通常是时间的作用,而EIS技术,由于采用了常规的正弦波形信号,被认为是采用的是AC交流技术。AC技术如下图所示,系统的响应电流或电压信号是频率的函数关系,通常频率的范围可以跨度好几个量级,下图的每一帧都是不同频率的输入和输出信号,但是幅度值是不变的,对于系统的要求是必须是线常性的稳定系统。动态EIS是一种无损的测试方法,可以在不破坏电池的情况下获取电池的状态和性能信息。
电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,简称EIS)是一种重要的电化学测试技术,它通过测量电化学系统在不同频率下的阻抗变化来分析和研究系统的电极动力学过程、表面现象及内部机制。电化学阻抗谱的基本原理是给电化学系统施加一个频率不同的小振幅交流电势(或电流)扰动信号,然后测量系统产生的相应电流(或电位)响应信号。通过计算交流电势与电流信号的比值(即系统的阻抗)随频率的变化,或者阻抗的相位角随频率的变化,得到电化学阻抗谱图。电化学阻抗谱图通常包括复数阻抗图(Nyquist图)和阻抗波特图(Bode图)两种形式。Nyquist图:以阻抗的实部为横坐标,虚部的负数为纵坐标绘制的图形。在Nyquist图中,不同的电化学过程会呈现出不同的曲线形状,如半圆、直线等。这些形状与电化学系统的等效电路密切相关,可以通过拟合等效电路来分析系统的内部结构和电化学过程。Bode图:包含阻抗模值的对数与频率的对数关系曲线以及阻抗相位角与频率的关系曲线。Bode图可以更清晰地展示阻抗模值和相位角随频率的变化趋势,有助于进一步分析电化学系统的动力学特性。通过动态EIS设备的实时监测,可以预防电池故障的发生,提高车辆的运行效率。北京动态eis订制价格
动态EIS检测设备广泛应用于新能源领域,为电池技术的发展提供了有力支持。新疆动态eis哪里买
在EIS测试设置时,通常有两种选择GEIS(电流激励EIS)和PEIS(电压激励EIS),GEIS是输入电流信号,输出电压信号,PEIS是输入电压信号,输出电流信号,那么什么时候选择哪一种?有什么依据吗?选择PEIS的场景:未知的电化学体系,5-20mV的电压幅度选择GEIS的场景:低阻抗体系和状态改变的体系,小于10%容量的电流幅度例如阻抗只有几mΩ的电芯,施加一个小的电压扰动的话,根据欧姆定律U=IR,会产生很大的电流值,这样就可能破坏电芯的稳定状态,如果施加一个合适的电流扰动,那么得到的电压值也会比较小,电芯的稳定状态就不会被破坏掉。在一个状态改变的体系中,例如自发形成的腐蚀或者正在充放电中的电芯,OCV电压发生改变,我们可以观察EvsI的斜率,斜率指的是需要的阻抗,下图a)中,PEIS中的重点可认为稳定电压,起始是蓝线,t=0,黑点是施加的处斜率指阻抗,当t=tmax,曲线向左移动,此时观察的点为Et=0与黄线相交点,可发现该点的斜率明显与t=0时的黑点不相同,而在b)中,GEIS保证电流时稳定的,均在0附近,那么曲线移动后,并未改变观察点的位置,所以斜率不变,故此时GEIS要比PEIS效果要好很多。新疆动态eis哪里买