電化學(xué)阻抗譜精準(zhǔn)度等高線圖（EIS-ACP）

電化學(xué)阻抗譜精準(zhǔn)度等高線圖（EIS-ACP）

1 精準(zhǔn)度度等高線圖

電化學(xué)阻抗譜(EIS)儀器進行精確阻抗測量的精準(zhǔn)性隨頻率和被測量的實際負(fù)載而變化。精準(zhǔn)度等高線圖(ACP)為了解某種特定儀器EIS測量精度限制，提供了可視化工具。ACP繪制出沿水平軸的可激發(fā)頻率范圍和沿垂直軸的可測量負(fù)載范圍(見圖1)。

ACP圖的不同區(qū)域被標(biāo)記(通常通過不同顏色的陰影)，每個區(qū)域代表不同的精度水平。對于任何給定的激發(fā)頻率和負(fù)載，在ACP上都可以找到相應(yīng)的點，該點落在特定的區(qū)域表示EIS測量的期望精度。

圖1中的示例ACP顯示了三個精確度區(qū)域。內(nèi)部的大圓錐形區(qū)域(藍色陰影部分)表示頻率和負(fù)載范圍很廣，恒電位器（電化學(xué)工作站）可以精確測量復(fù)雜阻抗幅度在1%(±1.0%)以內(nèi)，復(fù)雜阻抗相位角在1度(±1.0°)以內(nèi)。

ACP上兩個更小更窄的區(qū)域(一個綠色陰影，另一個黃色陰影)顯示了EIS測量變得不那么準(zhǔn)確的區(qū)域。綠色區(qū)域表示恒電位器可以測量2%(±2.0%)以內(nèi)的阻抗值和2度(±2.0°)以內(nèi)的相位角。黃色區(qū)域表示阻抗大小可以測量到5%以內(nèi)(±5.0%)，相位角可以測量到5度以內(nèi)(±5.0°)。

在高頻率、大負(fù)載下工作時，系統(tǒng)中雜散電容的影響會限制了測量精度。(該系統(tǒng)包括電化學(xué)電池、電極、連接電極的電纜以及儀器內(nèi)部的測量電路。)這種電容極限在ACP上很容易觀察到(見圖1的右上部分)，其中精度較低的區(qū)域顯示為向更高頻率向下傾斜的對角線帶。

當(dāng)工作在高頻率和小負(fù)載下時，測量精度不是受雜散電容的限制，而是受系統(tǒng)中的雜散電感的限制。感應(yīng)極限也很容易在ACP上觀察到(見圖1的右下部分)，其中精度較低的區(qū)域顯示為向更高頻率向上傾斜的對角線帶。

上面的ACP示例是基于在理想條件下進行的EIS測量(即法拉第籠連接到儀器機箱；單元電纜的方向正確，交直流通用，標(biāo)準(zhǔn)長度)，使用已知負(fù)載(精密電阻和電容器)來探測接近電容和電感極限的測量精度。大多數(shù)ACP(負(fù)載大于100 mΩ)是基于恒電位EIS測量(10 mV RMS)。ACP的較低部分(負(fù)載小于或等于100 mΩ)是基于恒流EIS測量(100 mA RMS)。

有許多因素可能會影響EIS測量的準(zhǔn)確性，例如接地/屏蔽配置，單元電纜排列以及EIS實驗參數(shù)(幅度，濾波器等)的選擇。在開始和解釋頻率高于100 kHz的EIS測量時需要特別注意相關(guān)細(xì)節(jié)。