恒相位元件特征分析与应用

恒相位元件（CPE）是处理电化学阻抗数据时经常使用的电化学元器件，用于处理和分析Nyquist图上出现的不规则半圆型阻抗。很少有文献详细报道过恒相位元件的特点，关于阻抗图谱上存在多个不规则半圆时恒相位元件的应用规则则研究的更少，此时如何判定拟合的结果与图谱之间的一一对应关系对于正确分析阻抗图谱十分重要。本文从恒相位元件的基本公式出发，利用软件编程分析恒相位元件的基本特征，得到复平面上不规则半圆顶点所对应的特征频率与电荷转移电阻、以及拟合参数之间的定量关系。如果测量的阻抗图谱在复平面上包含多个不规则压扁的半圆，那么这种定量关系可以用于判定拟合参数、不规则半圆和电化学过程之间的一一对应关系。以Li／隔膜／Li对称电池作为例子，将上述分析应用于实际电池的阻抗图谱分析中，分析了每一个压扁半圆所代表的电化学过程，表明金属锂／隔膜界面的阻抗响应是由两个不规则半圆组成，分别代表固体电解质界面中锂离子的传输和界面上的电荷转移过程。隔膜改性后与电荷传递过程对应的界面电阻从4．32×10^5降到2．11×10^5欧姆，相应的界面电容没有明显变化：与锂离子在固体电解质界面中电迁移过程对应的界面电阻从2．24×10^4降到1．19×10^4欧姆。