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固体电解质阻抗谱等效电路及解释

朋友,您好啊,请教个阻抗谱方面的问题:
1、我把下图中的固体电解质氢传感器放进750℃铝液测铝液中,其中U型固体电解质管1侧为铝液中氢,另1侧为参比气体中氢
电解池:不锈钢棒,铝液(H2)|固体电解质CaZr0.9In0.1O3-x|参比气体(Ar+1%H2),不锈钢棒
测量图中叁比气体流量20,30,40,50mL/min时的阻抗谱,用R(RQ)(RQ)(RQ)或者R(RQ)(Q(RQ))都不能拟合,请问还有其它可能的等效电路么?
2、图中表征不锈钢电极引线电阻、晶粒阻抗、晶界阻抗、电极/电解质迁移阻抗,好像晶粒和晶界阻抗都有一定增加?
怎么对参比气体流量(或压力)增加引起阻抗增加进行解释呢,能用流量或压力增加引起电解质表面浓度分布改变,同时引起冷却效应增强温度下降进行解释么?
固体电解质阻抗谱等效电路及解释
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固体电解质阻抗谱等效电路及解释-1
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用户评论

1. 你是否确信这种传感器的工作原理就是你说的通过阻抗变化可以反映H2浓度的变化,也就是说阻抗与一定浓度范围内的浓度之间存在线性?我所知道的高温O2,H2固体电解质传感器多利用的是浓度与极限电流之间存在的线性关系来测量气体浓度。
2. 不是所有的阻抗测量都需要用等效电路拟合的,根据测试的目的,比如,测电导率,就不需要拟合。因此,你要明白测阻抗的目的是什么。
3. 从你的阻抗谱看,只有在中频区间样品的阻抗谱才存在明显差异,因此,你最好将阻抗谱模量对频率对数作图更容易看出不同流量产生的阻抗差异,尝试将阻抗模量对流量作图,看看有没有线性关系。
4.大多数测量用传感器都需要制作工作曲线,即用已知浓度测量阻抗,选择一定的流量范围测量阻抗,制作工作曲线。

399

朋友,您好啊!
1、我这氢传感器是通过电压表测量电池电动势,根据能斯特方程计算铝液氢含量的
想通过阻抗谱了解下电极过程,您能再帮我看看可能的等效电路或者分析下电极过程么?
2、按您说的模量对频率对数作图成线性规律,在流量不变情况下,模量对流量好像不能作图
我这实验参比气体(Ar+1%H2)的氢浓度不变,流量改变引起压力也会改变,请帮我给予个可能的解释吧?
感谢您的回复,谢谢啦!

如果你的目的是了解电极过程,那就需要解析阻抗谱了,但你这种阻抗谱不多见,燃料电池的文章中可能会出现类似得阻抗谱。
根据你得阻抗谱形状,你可以试用这些等效电路:R(Q(RQ)), R(C(RW)),看拟合的效果如何。

399

4楼: Originally posted by Jackcd12 at 2017-08-09 21:22:29
如果你的目的是了解电极过程,那就需要解析阻抗谱了,但你这种阻抗谱不多见,燃料电池的文章中可能会出现类似得阻抗谱。
根据你得阻抗谱形状,你可以试用这些等效电路:R(Q(RQ)), R(C(RW)),看拟合的效果如何。
朋友,拟合的不是很理想,我这氢传感器的U型管两侧的电极反应是:
铝液侧:H2-2e→2H+
参比电极侧:2H++2e→H2
您能结合上述反应和参比气体流量或压力增加,帮我解释一下阻抗谱么?
有劳您,谢谢啦!

399

4楼: Originally posted by Jackcd12 at 2017-08-09 21:22:29
如果你的目的是了解电极过程,那就需要解析阻抗谱了,但你这种阻抗谱不多见,燃料电池的文章中可能会出现类似得阻抗谱。
根据你得阻抗谱形状,你可以试用这些等效电路:R(Q(RQ)), R(C(RW)),看拟合的效果如何。
您看参比气体流量对电极/电解质界面迁移阻抗Warburg阻抗有显著影响么?

6楼: Originally posted by 399 at 2017-08-10 15:08:14
您看参比气体流量对电极/电解质界面迁移阻抗Warburg阻抗有显著影响么?...
我不熟悉你的研究内容,你最好去找燃料电池方面的文献看。从你的阻抗谱看,低频和高频区域基本相同,不同的是中间频率区间的曲线,这段反映的是电荷交换电阻(法拉第反应),也就是说流量并不明显影响扩散过程,但却明显影响到了法拉第反应:H+ +2e ——H2,因此,你的重点应该放这点上。去找文献看吧。

399

7楼: Originally posted by Jackcd12 at 2017-08-10 16:42:09
我不熟悉你的研究内容,你最好去找燃料电池方面的文献看。从你的阻抗谱看,低频和高频区域基本相同,不同的是中间频率区间的曲线,这段反映的是电荷交换电阻(法拉第反应),也就是说流量并不明显影响扩散过程,但 ...
朋友,好的,非常感谢您的大力帮助。

399

7楼: Originally posted by Jackcd12 at 2017-08-10 16:42:09
我不熟悉你的研究内容,你最好去找燃料电池方面的文献看。从你的阻抗谱看,低频和高频区域基本相同,不同的是中间频率区间的曲线,这段反映的是电荷交换电阻(法拉第反应),也就是说流量并不明显影响扩散过程,但 ...
朋友,还有个问题呀,阻抗谱由左至右应该对应电极引线电阻、晶粒阻抗、晶界阻抗、电极/电解质界面阻抗(Warburg阻抗)吧?
中间频率应该对应晶界阻抗吧?

阻抗谱反映的是电极过程(主要包括电荷交换和传质过程)中各个步骤相互竞争结果(以电阻的形式)随频率的变化关系。电极过程中的各个步骤进行的速度是不同的,双电层充放电最快,传质过程比较慢,吸附过程最慢,而法拉第过程的速度慢于双电层过程,但快于传质过程。因此,一般根据这个基本原理来分析电极过程,而不是你说的那样—阻抗谱对应于电极结构。
看来你对阻抗谱知道得太少了,阻抗谱是一个重要工具,如果你要用好这个工具,最好去学习一点阻抗谱的基本知识吧。

399

7楼: Originally posted by Jackcd12 at 2017-08-10 16:42:09
我不熟悉你的研究内容,你最好去找燃料电池方面的文献看。从你的阻抗谱看,低频和高频区域基本相同,不同的是中间频率区间的曲线,这段反映的是电荷交换电阻(法拉第反应),也就是说流量并不明显影响扩散过程,但 ...
朋友,您好啊!您再帮我看看:
1、若流量影响到了法拉第反应:H2+2e——2H+,那么容抗弧直径增大是说明法拉第反应受到的阻碍作用增强了么?
2、高频区的容抗弧反映的是双电层的充电过程受到的阻碍么?
3、低频区的直线反映的是扩散过程,包括传质和吸附两个过程么?
4、电荷转移电阻是最大的电阻么,它是电极过程的速控步骤么?
感谢您的回复!

11楼: Originally posted by 399 at 2017-08-12 19:06:06
朋友,您好啊!您再帮我看看:
1、若流量影响到了法拉第反应:H2+2e——2H+,那么容抗弧直径增大是说明法拉第反应受到的阻碍作用增强了么?
2、高频区的容抗弧反映的是双电层的充电过程受到的阻碍么?
3、低频区 ...
从你的阻抗谱看,高频和低频基本相同,不同的是中频区,也就是说,流速对电极过程中的高频和低频过程影响基本相同,不同的则是中频,而中频区一般认为是发生法拉第反应的,因此,在你的反应体系中,流速的影响主要反映在法拉第反应上。这时定性分析。阻抗谱的拟合可以定量出流速对法拉第反应的影响,因此,你去拟合这些阻抗谱,只关注电荷交换电阻(法拉第反应电阻)就行了。

399

12楼: Originally posted by Jackcd12 at 2017-08-12 20:22:37
从你的阻抗谱看,高频和低频基本相同,不同的是中频区,也就是说,流速对电极过程中的高频和低频过程影响基本相同,不同的则是中频,而中频区一般认为是发生法拉第反应的,因此,在你的反应体系中,流速的影响主要 ...
朋友,高频区和低频区能给点解释么?请您帮帮我吧:hand:

对固体电解质,我没有多少体验,因此,也只能说个大概,具体的还得靠你去看文献学习。
在你的体系(没有液体,不存在双电层)中,高频区反映整体固态电解质的电导行为,中频区为法拉第反应,与H2/H+穿越晶界有关,而低频区反映的是扩散过程。从你的阻抗谱看,高频、低频曲线基本相同,就是说流量/流速对固体电解质的电导和离子扩散没有明显影响,但在中频区,流量/流速的大小明显影响到电极过程(法拉第反应),其原因从流速、流量与离子穿越晶界的难易方面去分析。

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