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電化學(xué)阻抗譜精準(zhǔn)度等高線圖（EIS-ACP）

1 精準(zhǔn)度度等高線圖

電化學(xué)阻抗譜(EIS)儀器進(jìn)行精確阻抗測(cè)量的精準(zhǔn)性隨頻率和被測(cè)量的實(shí)際負(fù)載而變化。精準(zhǔn)度等高線圖(ACP)為了解某種特定儀器EIS測(cè)量精度限制，提供了可視化工具。ACP繪制出沿水平軸的可激發(fā)頻率范圍和沿垂直軸的可測(cè)量負(fù)載范圍(見(jiàn)圖1)。

ACP圖的不同區(qū)域被標(biāo)記(通常通過(guò)不同顏色的陰影)，每個(gè)區(qū)域代表不同的精度水平。對(duì)于任何給定的激發(fā)頻率和負(fù)載，在ACP上都可以找到相應(yīng)的點(diǎn)，該點(diǎn)落在特定的區(qū)域表示EIS測(cè)量的期望精度。

圖1中的示例ACP顯示了三個(gè)精確度區(qū)域。內(nèi)部的大圓錐形區(qū)域(藍(lán)色陰影部分)表示頻率和負(fù)載范圍很廣，恒電位器（電化學(xué)工作站）可以精確測(cè)量復(fù)雜阻抗幅度在1%(±1.0%)以內(nèi)，復(fù)雜阻抗相位角在1度(±1.0°)以內(nèi)。

ACP上兩個(gè)更小更窄的區(qū)域(一個(gè)綠色陰影，另一個(gè)黃色陰影)顯示了EIS測(cè)量變得不那么準(zhǔn)確的區(qū)域。綠色區(qū)域表示恒電位器可以測(cè)量2%(±2.0%)以內(nèi)的阻抗值和2度(±2.0°)以內(nèi)的相位角。黃色區(qū)域表示阻抗大小可以測(cè)量到5%以內(nèi)(±5.0%)，相位角可以測(cè)量到5度以內(nèi)(±5.0°)。

在高頻率、大負(fù)載下工作時(shí)，系統(tǒng)中雜散電容的影響會(huì)限制了測(cè)量精度。(該系統(tǒng)包括電化學(xué)電池、電極、連接電極的電纜以及儀器內(nèi)部的測(cè)量電路。)這種電容極限在ACP上很容易觀察到(見(jiàn)圖1的右上部分)，其中精度較低的區(qū)域顯示為向更高頻率向下傾斜的對(duì)角線帶。

當(dāng)工作在高頻率和小負(fù)載下時(shí)，測(cè)量精度不是受雜散電容的限制，而是受系統(tǒng)中的雜散電感的限制。感應(yīng)極限也很容易在ACP上觀察到(見(jiàn)圖1的右下部分)，其中精度較低的區(qū)域顯示為向更高頻率向上傾斜的對(duì)角線帶。

上面的ACP示例是基于在理想條件下進(jìn)行的EIS測(cè)量(即法拉第籠連接到儀器機(jī)箱；單元電纜的方向正確，交直流通用，標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度)，使用已知負(fù)載(精密電阻和電容器)來(lái)探測(cè)接近電容和電感極限的測(cè)量精度。大多數(shù)ACP(負(fù)載大于100 mΩ)是基于恒電位EIS測(cè)量(10 mV RMS)。ACP的較低部分(負(fù)載小于或等于100 mΩ)是基于恒流EIS測(cè)量(100 mA RMS)。

有許多因素可能會(huì)影響EIS測(cè)量的準(zhǔn)確性，例如接地/屏蔽配置，單元電纜排列以及EIS實(shí)驗(yàn)參數(shù)(幅度，濾波器等)的選擇。在開(kāi)始和解釋頻率高于100 kHz的EIS測(cè)量時(shí)需要特別注意相關(guān)細(xì)節(jié)。