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电化学阻抗谱物理模型求解方法
被引量：
2
1
作者
李琛坤
王帅
黄俊
《储能科学与技术》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期912-920,共9页
电化学阻抗谱(EIS)是一种常用的电化学测试方法。通过EIS可以获取研究体系的各种动力学信息,比如电荷转移,双电层充电和物质传输等。EIS数据的解析依赖于合理的模型,常见的模型分为等效电路模型和物理模型。本文简要介绍了EIS物理模型...
电化学阻抗谱(EIS)是一种常用的电化学测试方法。通过EIS可以获取研究体系的各种动力学信息,比如电荷转移,双电层充电和物质传输等。EIS数据的解析依赖于合理的模型,常见的模型分为等效电路模型和物理模型。本文简要介绍了EIS物理模型三种常见的求解方法:解析求解,时域数值方法和频域数值方法。我们首先以一个经典的带有法拉第反应的双电层界面为例,仅考虑扩散控制传质的情况下,推导了相应的解析解,介绍了数值求解EIS的时域方法和频域方法,并对比了不同方法的结果。然后,我们以电池中常见的金属离子沉积反应为例,给出了零电荷电势下的EIS的解析解,并对比了两种数值方法的求解精度,同时我们也对比了不同价态的金属离子的EIS结果。计算结果表明,频域数值方法的精度高于时域数值方法,可以作为EIS数值求解的首选。保持其余参数不变的情况下,高价离子的EIS小于低价离子。最后,我们总结对比了三种方法的优缺点。本工作研究结果一方面可以作为EIS物理模型的入门指南,另一方面可以用于分析金属离子沉积反应的EIS结果。
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关键词
电化学阻抗谱
物理模型
数值方法
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职称材料
平衡、非平衡、交流状态下电化学双电层建模的初学者指南
被引量：
1
2
作者
张露露
李琛坤
黄俊
《电化学》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第2期4-33,共30页
本文定位在一篇电化学双电层(EDL)理论建模方面入门级文章。我们首先简要介绍了EDL的基本特征,简述了EDL理论建模的发展历史,特别是D.C.Grahame之后近几十年的发展历史。然后,我们依次介绍了平衡状态和动态下不同复杂度的EDL模型。作为...
本文定位在一篇电化学双电层(EDL)理论建模方面入门级文章。我们首先简要介绍了EDL的基本特征,简述了EDL理论建模的发展历史,特别是D.C.Grahame之后近几十年的发展历史。然后,我们依次介绍了平衡状态和动态下不同复杂度的EDL模型。作为一篇入门级文章,我们尽可能详细地阐释理论模型的物理图像、假设、数学推导、形式分析、数值分析,并附上Matlab仿真代码。平衡状态下的模型包括Gouy-Chapman-Stern(GCS)模型,Bikerman-Poisson-Boltzmann(BPB)模型,和非对称离子尺寸模型。我们强调GCS模型和BPB模型在处理离子有限尺寸上存在一个微妙的不同。GCS模型通过人为引入Helmholtz平面来考虑离子有限尺寸,但在Helmholtz平面内及弥散层内却依然采用没有考虑离子尺寸效应的Poisson-Boltzmann理论,因而此处的离子浓度可以无限大。与之不同,BPB模型通过格子气体方法,能够自洽描述离子有限尺寸效应。不同以往直接采用Poisson-Nernst-Planck方程描述EDL动态行为,我们从EDL的巨势出发,运用基本的泛函分析方法,推导了一个考虑离子有限尺寸的EDL动态模型。这一理论方法拓展性好。读者可以根据研究对象的需要,建立不同复杂度的EDL动态模型。最后,我们基于EDL动态模型,推导了EDL的电化学阻抗谱理论模型,以试图向读者展示如何从一个时域物理模型出发,推导相应的阻抗谱物理模型。读者若想要踏进理论电化学这个美丽的花园,根据我们自己学习和研究的经验,一个可行的方式是拿起纸和笔来开始推导本文所介绍的这些模型。
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关键词
双电层
平衡
非平衡
电化学阻抗谱
物理建模
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职称材料
题名
电化学阻抗谱物理模型求解方法
被引量：
2
1
作者
李琛坤
王帅
黄俊
机构
中南大学化学化工学院
乌尔姆大学理论化学研究所
出处
《储能科学与技术》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期912-920,共9页
基金
国家自然科学基金项目(21802170)。
文摘
电化学阻抗谱(EIS)是一种常用的电化学测试方法。通过EIS可以获取研究体系的各种动力学信息,比如电荷转移,双电层充电和物质传输等。EIS数据的解析依赖于合理的模型,常见的模型分为等效电路模型和物理模型。本文简要介绍了EIS物理模型三种常见的求解方法:解析求解,时域数值方法和频域数值方法。我们首先以一个经典的带有法拉第反应的双电层界面为例,仅考虑扩散控制传质的情况下,推导了相应的解析解,介绍了数值求解EIS的时域方法和频域方法,并对比了不同方法的结果。然后,我们以电池中常见的金属离子沉积反应为例,给出了零电荷电势下的EIS的解析解,并对比了两种数值方法的求解精度,同时我们也对比了不同价态的金属离子的EIS结果。计算结果表明,频域数值方法的精度高于时域数值方法,可以作为EIS数值求解的首选。保持其余参数不变的情况下,高价离子的EIS小于低价离子。最后,我们总结对比了三种方法的优缺点。本工作研究结果一方面可以作为EIS物理模型的入门指南,另一方面可以用于分析金属离子沉积反应的EIS结果。
关键词
电化学阻抗谱
物理模型
数值方法
Keywords
electrochemical impedance spectroscopy
physical model
numerical methods
分类号
TM911 [电气工程—电力电子与电力传动]
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职称材料
题名
平衡、非平衡、交流状态下电化学双电层建模的初学者指南
被引量：
1
2
作者
张露露
李琛坤
黄俊
机构
中国科学技术大学化学与材料科学学院
中南大学化学化工学院
乌尔姆大学理论化学研究所
出处
《电化学》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第2期4-33,共30页
基金
financially supported by National Natural Science Foundation of China(21802170)
the Alexander von Humboldt Foundation。
文摘
本文定位在一篇电化学双电层(EDL)理论建模方面入门级文章。我们首先简要介绍了EDL的基本特征,简述了EDL理论建模的发展历史,特别是D.C.Grahame之后近几十年的发展历史。然后,我们依次介绍了平衡状态和动态下不同复杂度的EDL模型。作为一篇入门级文章,我们尽可能详细地阐释理论模型的物理图像、假设、数学推导、形式分析、数值分析,并附上Matlab仿真代码。平衡状态下的模型包括Gouy-Chapman-Stern(GCS)模型,Bikerman-Poisson-Boltzmann(BPB)模型,和非对称离子尺寸模型。我们强调GCS模型和BPB模型在处理离子有限尺寸上存在一个微妙的不同。GCS模型通过人为引入Helmholtz平面来考虑离子有限尺寸,但在Helmholtz平面内及弥散层内却依然采用没有考虑离子尺寸效应的Poisson-Boltzmann理论,因而此处的离子浓度可以无限大。与之不同,BPB模型通过格子气体方法,能够自洽描述离子有限尺寸效应。不同以往直接采用Poisson-Nernst-Planck方程描述EDL动态行为,我们从EDL的巨势出发,运用基本的泛函分析方法,推导了一个考虑离子有限尺寸的EDL动态模型。这一理论方法拓展性好。读者可以根据研究对象的需要,建立不同复杂度的EDL动态模型。最后,我们基于EDL动态模型,推导了EDL的电化学阻抗谱理论模型,以试图向读者展示如何从一个时域物理模型出发,推导相应的阻抗谱物理模型。读者若想要踏进理论电化学这个美丽的花园,根据我们自己学习和研究的经验,一个可行的方式是拿起纸和笔来开始推导本文所介绍的这些模型。
关键词
双电层
平衡
非平衡
电化学阻抗谱
物理建模
Keywords
electric double layer
equilibrium
nonequilibrium
electrochemical impedance spectroscopy
分类号
O646 [理学—物理化学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
电化学阻抗谱物理模型求解方法
李琛坤
王帅
黄俊
《储能科学与技术》
CAS
CSCD
北大核心
2022
2
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职称材料
2
平衡、非平衡、交流状态下电化学双电层建模的初学者指南
张露露
李琛坤
黄俊
《电化学》
CAS
CSCD
北大核心
2022
1
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职称材料
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