交流阻抗法基本原理
0 2022-11-24

交流法是指控制通过电化学系统的(或系统的电势)在小幅度的条件下随时间按正弦规律变化,同时相应的系统电势(或电流)随时间的变化,或者直接测量系统的交流阻抗(或导纳),进而分析电化学系统的反应机理、计算系统的相关参数。

交流阻抗法包括两类技术,谱和交流伏安法。电化学阻抗谱技术是在某一直流极化条件下,特别是在平衡电势条件下,研究电化学系统的交流阻抗随频率的变化关系;而交流伏安法则是在某一选定的频率下,研究交流电流的振幅和相位随直流极化电势的变化关系。这两类方法的共同点在于都应用了小幅度的正弦交流激励信号,基于电化学系统的交流阻抗概念进行研究。

交流阻抗法基本原理

一个未知内部结构的物理系统就像一个黑箱。这个黑箱中间存放着什么东西以及这些东西是如何摆放的都是看不见的。这就是说,这个黑箱的内部结构是未知的。但是,作为物理系统的这个黑箱有一个输入端及一个输出端。当我们从黑箱的输入端给它一个扰动信号,那么我们就能从黑箱的输出端得到一个信号输出。如果这个黑箱的内部结构是线性的稳定结构,输出的信号就是扰动信号的线性函数,于是这个输出的信号就被称为黑箱对扰动信号的线性响应或简称响应。对黑箱的扰动及黑箱的响应都是可测量的。因而,人们可以在未知黑箱内部结构的情况下,通过扰动与响应之间的关系来研究黑箱的一些性质。

在科学研究中,人们用来描述对物理系统的扰动与物理系统的响应之间的关系的函数,被称为传输函数。一个系统的传输函数,由系统的内部结构所决定,且反映了这个系统的一些性质。如果系统的内部结构稳定,系统的输出信号与输入它的扰动信号之间具有因果关系,而且两者间是线性关系,那么通过测量就比较容易研究这个传输函数。可以用式 R=H(s)P 一般地表示对一个物理系统的扰动与物理体系对扰动的响应之间的关系。式中,R和P分别为响应函数与扰动函数的拉普拉斯(Laplace)变换;H(S)是传输函数,它是拉普拉斯频率S的函数。应该说明,这里所指的扰动可以是任何种类的扰动,它可以是电信号、光信号或其他信号;扰动的形式也可以是多种多样的,可以是单个的或周期的脉冲、方波阶跃、方波交流、三角波交流或正弦波交流等。

电化学阻抗谱理论就是通过对系统施加小幅电位扰动,通过输入的电位函数和测得的输出电流函数求得系统的传递函数。如果扰动是正弦波,那么此时传输函数称为频率响应函数或简称为频响函数。现考虑正弦波的扰动与响应都是电信号的情况。对于一个稳定的线性系统M,加以一个角频率ω的正弦波电信号(电压或电流),X为激励信号输入该系统,则相应地从该系统输出一个角频率也是ω的正弦波响应电信号(电流或电压)Y。Y与X之间的关系可以用式 Y=G(ω)X 来表示。式中的G为频响函数,它反映系统M的频响特性,由M的内部结构所决定。因而可以从G随X与Y的频率f或角频率ω变化情况来获得线性系统内部结构的有用信息。如果扰动信号X为正弦波电流信号,而Y为正弦波电压信号,则称G为系统M的阻抗。

实际上,系统需要满足三个基本条件的情况下,才能保证对系统的扰动及系统的响应都是角频率为钠正弦波信号。

(1)因果性

系统输出的信号只是对于所给的扰动信号的响应。这个条件要求在测量对系统施加扰动信号的响应信号时,必须排除任何其他噪声信号的干扰,确保对体系的扰动与系统对扰动的响应之间的关系是唯一的因果关系。很明显,如果系统还受其他噪声信号的干扰,则会扰乱系统的响应,就不能保证系统会输出一个与扰动信号具有同样角频率的正弦波响应信号。

(2)线性

线性系统输出的响应信号与输入系统的扰动信号之间应存在线性函数关系。正是由于这个条件,在扰动信号与响应信号之间具有因果关系的情况下,两者是具有同一角频率确正弦波信号。如果在扰动信号与响应信号之间虽然满足因果性条件但不满足线性条件,响应信号中就不仅具有频率为ω的正弦波交流信号,还包含其谐波。应该注意到电极过程的电流密度与电位之间不是线性关系。只有在电位信号的正弦波的幅值很小的条件下两者近似地为线性。故为满足线性条件,电化学阻抗谱测量时电位的正弦波信号的幅值一般不超过5mV。

(3)稳定性

稳定性条件要求对系统的扰动不会引起系统内部结构发生变化,因而当对于系统的扰动停止后,系统能够恢复到它原先的状态。一个不能满足稳定性条件的系统,亦受激励信号的扰动后会改变系统的内部结构,因而系统的传输特征并不是反映系统固有的结构的特征,而且停止测量后也不再能回到它原来的状态。在这种情况下,就不能再由传输函数来描述系统的响应特性。

关于动力电池交流阻抗法的基本原理分析

交流阻抗方法被广泛应用于电极过程动力学的研究,特别适合于分析复杂电极过程。它可以帮助我们了解界面的物理性质及所发生的电化学反应的情况(如电极反应的方式,扩散系数,交换电流密度的大小等)。

交流阻抗方法是施加一个小振幅的正弦交流信号,使电极电位在平衡电极电位附近微扰,在达到稳定状态后,测量其响应电流(或电压)信号的振幅和相,依次计算出电极的复阻抗。然后根据设想的等效,通过阻抗谱的分析和参数拟合,求出电极反应的动力学参数。由于这种方法使用的电信号振幅很小,又是在平衡电极电位附近,因此电流与电位之间的关系往往可以线性化,这给动力学参数的测量和分析带来很大方便。

二次的充放电过程中,锂离子在正极材料上的嵌入反应是:锂离子从液态电解质内部迁移到电解液与固体电极的交界面;锂离子在电极/电解液界面处吸附形成表面层;吸附态的锂离子进入正极材料;锂离子由固体电极表面向内部扩散。脱出反应为上述过程的逆过程。以上几个过程分别在不同程度上影响电极系统的动力学性能,在电解液相同的情况下,电极过程的动力学参数取决于电极材料及其界面性质。

如果电极反应只受界面电荷迁移和物质扩散所支配,则其典型的复数阻抗图如图9-21所示。图中的RE为溶液,Rct为界面反应电阻,Zw表示锂离子在界面附近扩散的Warburg阻抗,由于锂离子在电解质中的扩散速率远大于在固相活性物质中的扩散速率,因此可认为Zw描述的是锂离子在固相活性物质中的扩散过程。所以通过交流阻抗法可以计算锂离子在固相材料中的扩散系数。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 相关技术文库
  • 硬件
  • 原理图
  • 信号完整性
  • EMI
  • 用S5935实现DMA传输的设计与研究

      摘要:文中介绍了具有PCI总线主控功能的专用接口芯片——S5935的基本结构,阐述了它如何实现DMA控制器的功能,并给出了用于实现DMA传输的WDM驱动程序

    昨天
  • 提高可靠性的RS422通信接口

    1引言现代工业测控系统中,系统之间以及系统内部经常需要进行数据通信。通信分无线和有线两种方式,由于无线通信的可靠性不及有线通信,因此在工业环境中一般选用有线通信

    昨天
  • 接口电路的分类、功能及作用

      接口电路:计算机之间,计算机与外围设备之间,计算机内部部件之间起连接作用的逻辑电路。接口电路是CPU与外部设备进行信息交互的桥梁。  输入、输出接口电路也称

    昨天
  • 如何利用CC和CV校准环路来实现0.01%满量程充放电电流控制精度

    随着电动汽车、个人电子产品和电网系统的日益普及,人们对锂离子(Li-ion)电池的需求正以指数级增长。随着消费者需求的增长,对高精度电池化成测试能力的需求也在增

    昨天
  • EMI滤波器精确设计方法

    导言:怎么选择一个现有的滤波器或者设计一个能满足需要的滤波器?工程师表现得很盲目,只有凭借经验作尝试。EMI滤波器的设计应该充分考虑干扰特性和阻抗特性,在测试数据基础上进行设计是精确滤波设计的唯一方法。本文将教工程师如何进行EMI滤波器的精确设计…… 随着电子技术的发展,电磁兼容性问题成为电路设计工程师极为关注和棘手的问题。根据多年的工程经验,大家普遍认为电磁兼容性标准中最重要的也是最难解决的两...

    前天
  • 现场总线控制系统屏蔽有哪些方法?接地方法有哪些?

    将以现场总线技术为基础的现场总线控制系统(FCS)用于发电厂机组级控制,在我国正处于起步阶段。FCS有许多设计和应用技术是传统控制系统(如DCS、PLC)所不曾

    前天
  • 通过EMIF接口控制各种芯片的复杂系统设计实现

    1引言随着信息技术的发展,数字信号处理技术成为数字化社会最重要的技术之一。由于数字信号处理器(DSP)速度快,稳定性高,功耗小,近些年来在通信、图像处理、自动控

    前天
  • 常用驱动的安装及注意事项了解一下

    可能驱动程序的安装对大多数朋友来说都是非常简单的一件事了,不过还是有不少初学电脑的朋友因为不能正确的安装驱动程序而苦恼。下面就给大家介绍一些电脑硬件驱动程序安装

    前天
  • 双绞线的分类方式

      双绞线的英文名字叫Twist-Pair。是综合布线工程中最常用的一种传输介质,是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起

    前天
  • 双绞线的线序标准及主要指标

      双绞线的英文名字叫Twist-Pair。是综合布线工程中最常用的一种传输介质,是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起

    前天
  • 双绞线传输器分类特点与比较优势

      双绞线传输器一般是指利用网线来传输视频的设备,双绞线传输利用差分传输原理,在发射端将视频信号变换成幅度相等、极性相反的视频信号,通过双绞线传输后,在接收端将

    前天
  • 双绞线传输器接法与应用

      双绞线传输器一般是指利用网线来传输视频的设备,双绞线传输利用差分传输原理,在发射端将视频信号变换成幅度相等、极性相反的视频信号,通过双绞线传输后,在接收端将

    前天
下载排行榜
更多
广告