Äquivalenzschaltung
Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist komplex, und die Analyse der Daten ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Die Verwendung von Ersatzschaltbildern und eines Anpassungsalgorithmus ist eine gängige Methode, um die Analyse einfacher, verständlicher und visueller zu gestalten.
Ein Ersatzschaltbild ist ein Schaltbild, das dem System in der elektrochemischen Zelle entspricht. Jeder Effekt oder Beitrag zur Gesamtimpedanz wird durch ein elektrisches Bauteil ersetzt. Beispielsweise hat eine Metallelektrode, die mit einem Elektrolyten in Kontakt steht, der redoxaktive Spezies enthält, vier Effekte, die zur Impedanz beitragen.
Warburg-Element in einem schematischen Bode- und Nyquist-Diagramm
Der Strom muss durch die Lösung zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode fließen, die wie ein ohmscher Widerstand wirkt, nämlich der Lösungswiderstand.
Der Strom kann auf zwei Arten durch die Elektrode fließen. Zum einen durch eine elektrochemische Reaktion, d. h. durch den Austausch von Ionen aus der Lösung zur Elektrode oder umgekehrt. Zum anderen durch das Aufladen der elektrochemischen Doppelschicht, die wie ein Kondensator wirkt.
Der letzte Faktor ist die Diffusionsbegrenzung oder besser gesagt die Erschöpfung der aktiven Spezies vor der Elektrode. Die Folgen dieser Erschöpfung lassen sich mit klassischen elektronischen Bauteilen nicht simulieren. Daher wurde ein neues fiktives Element geschaffen: die Warburg-Impedanz.
Die daraus resultierende Schaltung ist als Randles-Schaltung bekannt.
Die Ersatzschaltbilder für andere Systeme, insbesondere in der Korrosionsforschung, sind oft komplexer. Durch die Anpassung der theoretischen Werte eines Ersatzschaltbildes an die tatsächlichen Messdaten lässt sich jedoch der Beitrag der verschiedenen Komponenten zur Gesamtzelle berechnen.
Weitere Informationen über äquivalente Schaltungen und Anpassungen finden Sie in dem entsprechenden Artikel in der Wissensdatenbank.
Artikel
Wie man sich leicht anpasst
In diesem Abschnitt werden einige Richtlinien zur Ermittlung geeigneter Ausgangswerte für die Anpassung gegeben.
Äquivalenzschaltung für Korrosionsmessungen
In diesem Abschnitt des Handbuchs werden die Warburg-Impedanz und das Konstant-Phasen-Element (CPE) vorgestellt, die elektrochemische Effekte ohne entsprechende reale elektronische Komponenten darstellen. Außerdem werden einige Ersatzschaltungen für typische Korrosionssysteme vorgestellt.