Elektrochemická impedanční spektroskopie

Z Enpedie
Přejít na: navigace, hledání
Elektrochemická impedanční spektroskopie

Elektrochemická impedanční spektroskopie (EIS) je experimentální měřicí metoda, kterou lze určit elektrické vlastnosti studovaného elektrochemického systému. Tímto systémem může být např. kov/korozní prostředí.

Metoda je založená na perturbaci elektrochemického systému napěťovým signálem sinusového tvaru o malé amplitudě a následným měřením komplexní impedance Z v závislosti na frekvenci f. Měření obvykle probíhá v širokém rozsahu frekvencí (106–10-6 Hz), což dovoluje postihnout charakter nejen rychlých elektrodových dějů (přenos náboje), ale i těch pomalých (difuzní děje). Podmínkou správného měření je vždy zvolení takové amplitudy, aby odezva systému zůstala lineární. tj. aby nedocházelo k nevratným změnám na povrchu sledovaného objektu. Volba amplitudy závisí na charakteru studovaného systému, správný výběr představuje kompromis mezi snahou minimalizovat šum v impedanční odezvě (použitím vysoké amplitudy) a snahou minimalizovat nelineární odezvu (užitím malé amplitudy). Významnou výhodou elektrochemické impedanční spektroskopie je možnost provádět měření in-situ.

Výstupem z měření je impedanční spektrum. Obvykle se využívá dvou grafických vyjádření impedančního spektra – v komplexní rovině Nyquistův diagram nebo v semilogaritmickém zobrazení Bodeho diagram.

Stanovení elektrických vlastností systému se provádí aproximací (fitováním) modelem ekvivalentního obvodu. Z tvaru impedančního spektra a z představy chování systému lze vyvodit vhodný ekvivalentní obvod. Jednotlivým prvkům ekvivalentního obvodu je pak přiřazen fyzikální význam. Obvyklými prvky jsou odpor, kapacitance a induktance a dále byly zavedeny některé speciální elektrochemické prvky jako např. prvek s konstantní fází CPE. Jednoduchou korozní reakci na fázovém rozhraní modeluje tzv. zjednodušený Randlesův obvod R(CR). Tento model je složen z odporu elektrolytu Re v sériovém zapojení s paralelní kombinací odporu přenosu náboje Rct a kapacity elektrické dvojvrstvy Cdl. Zjednodušený Randlesův obvod je výchozím modelem pro ostatní komplexnější modely. Na obr. je uvedena simulace zjednodušeného Randlesova obvodu v Nyquistově a Bodeho zobrazení. Parametry obvodu: Re = 10 Ω, Rct = 1000 Ω, Cdl = 1E-5F.