硬实力！电化学工作站的EIS高频测量

有小伙伴打热线电话 400-604-0088 来询问电化学阻抗谱 (EIS) 的高频设为多少是合适的，那今天我们就来聊一聊 EIS 中的高频测量。

大多数情况下，EIS 的最 高测试频率不高于 100KHz，究其原因主要有以下两点：

频率≤100KHz的主要原因

 更高的测试频率没有必要。 当样品的界面时间常数τ大于 10μs，也就是对应的圆弧顶点的频率小于 16KHz[f=(2πτ)-1]时，100KHz 已经足够展示EIS数据的高频信息。此外，电感效应也是实际测量中经常遇到的问题，有的样品（如软包电池）在 10KHz 时，Nyquist 图数据点已处于第四象限。

 参比电极的影响。 为了精确控制工作电极的电位，在溶液体系中我们需要引入参比电极，而参比电极本身的电阻与电化学工作站的输入电容构成了 RC 低通滤波器，该滤波效应为 EIS 测量设定了频率上限。

那在什么应用中需要采用 1MHz 以上的测试频率呢？一个常见的例子是两电极 EIS 测量用于固态电解质的电导率表征。在这个应用中，高频测量十分有必要，主要原因是某些固态电解质晶胞的界面电容非常小（比如 nF 级别），由此导致界面时间常数 τ（τ=RC）达到亚微秒级，为了得到完整的圆弧，测试频率有时需要达到 10MHz。

如下是采用 VIONIC 威欧电化学工作站测量的一个典型的固态电解质样品 EIS 数据：

频率范围: 107Hz~1Hz

两电极：不锈钢|SSE|不锈钢

采用等效电路 R(RbulkQbulk)(RgbQgb)Q 拟合数据得到 Rbulk 和 Rgb ，然后借助如下公式计算电导率：

对上述数据进行 DRT 分析（RelaxIS软件，λ=0.001），结果如下：

从以上的分析可以清晰看出，该样品的晶胞界面时间常数对应的频率为 1.56MHz，因此 10MHz 高频对于此类样品的测量十分必要。

另一方面，电化学工作站实现 10MHz 的 EIS 测量并非易事，至少需要满足如下三个条件

◆恒电位仪确保施加指定振幅的 10MHz 正弦信号无衰减。

◆消除 10MHz 下测试导线本身的电感和电容对测试的影响。

◆电流/电压的超高速同步采集。根据 Nyquist 采样定理，采样频率应大于原始模拟信号最 大频率的两倍，否则将发生混叠现象。也就是说交流信号的采样速率应大于 20MHz。

VIONIC 威欧作为现代电化学工作站的代表，在以上三个方面均作了精心的设计和安排。

首先，VIONIC 威欧采用独特的 AAC 自动振幅调整技术（ECI10M 模块也采用该技术），确保施加在样品上的正弦电压幅值与设定值严格相等， 可采用示波器进行验证。

VIONIC 威欧的纯信号桥（Pure Signal Bridge）设计和高频专用线缆则最 大限度地消除测试导线本身对实验的影响。

最 后，VIONIC 威欧的交流信号采样速率可达 25MHz，True Parallel 技术确保电流和电压的并行采集。