EIS 與恆電位儀 (I)

如何使用恆電位儀/充放電設備 做 EIS 測量?
How to make reliable Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurements with your potentiostat or battery cycler

設備和充放電過程

電化學阻抗譜 (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)

是一種讓使用者們可觀察並了解電極表面反應過程的測量法

若想了解關於 EIS 的細節資訊，請洽北極光學習中心「EIS 簡介」系列

BioLogic EC-Lab® 提供三種質量指示器，以確保 EIS 測量法的數值準確性

1. 總諧波失真 (Total Harmonic Distortion, THD)

當系統的電流/電位振幅過小，其反應極有可能呈現線性變化

若反應過程為非線性，則輸出信號中會包含一些諧波 (harmonics)

THD 透過觀察 N 諧波的振幅以量化非線性之數據：

2. 不穩定失真 (the Non-Stationary Distortion, NSD)

導致不穩定失真的兩大原因：

i. 　系統的響應尚未達到其永久狀態

ii. 　設置系統的參數因時間而發生變化

不穩定系統的響應除了包含基本頻率外，還有一些相鄰頻率，

NSD 可寫作下方表現式：

NSD 以百分比表示，可根據電位跟電流計算

3. 信噪比 (the Noise to Signal Ratio, NSR)

在理想的 EIS 量測中，所有的信號能量都包含在基本頻率裡

但礙於在實驗多存在著其他變數（像是測量設備的精準度、外部干擾），

因此也會有其他頻率能量 > 基本頻率能量、諧波、相鄰頻率的情形發生

一般來說，額外產生的信號源會被認為是噪音

NSR 將電化學實驗中的噪音程度量化，其表現式如下：

⬧ k∆f ∉ {f; 2f; 3f; 4f; 5f; 6f; 7f; f − ∆f; f + ∆f}

上述表現式未包含以下信號：

  • 基本頻率
  • 用於計算 THD 的第 7 諧波
  • 用於計算 NSD 的與基本頻率相鄰之信號

資料來源：BioLogic Learning Center – How to make reliable Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurements with your potentiostat or battery cycler

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