ЦВА по скоростям
Δi/2 в середине окна от v
Карта ошибки при vmax
Цвет: ошибка метода Δi/2 (установившийся цикл). Сплошные линии: 1, 5 и 20 %. Пунктир: 5 % для метода заряда. Нажмите на карту, чтобы выбрать Rs и C.
Пределы для текущих параметров
Каждый столбец меняет одну величину, остальные фиксированы. Установившийся цикл, одна скорость.
| Ошибка не более | x ≥ | Rs не более | C не более | v не более |
|---|
Модель
Уравнение
Потенциостат задаёт треугольную развёртку E(t) на всю цепь. На двойном слое оказывается только E − iRs, поэтому
На каждой ветви i(t) = ±vC + (i0 ∓ vC)·e−t/τ, τ = RsC. Ток непрерывен в точке разворота. В установившемся режиме ветвь начинается с тока противоположного знака, поэтому ток проходит путь от −vC к +vC.
Два способа извлечь C
Полупериод развёртки T = ΔE/v вмещает x = T/τ постоянных времени. Отсюда точные формулы для установившегося цикла:
Метод середины окна сходится экспоненциально, интегрирование заряда только как 1/x. Для ошибки 5 % нужно x ≥ 7,4 в первом случае и x ≥ 40 во втором. Площадь ЦВА поэтому даёт заниженную ёмкость задолго до того, как форма кривой начнёт заметно портиться.
Откуда «прямоугольник плюс резистор»
Сразу после разворота конденсатор ещё не перезарядился, и ток растёт с наклоном di/dE ≈ 2/Rs, около нуля тока наклон 1/Rs. При x ≲ 1 плато не достигается совсем, и петля вырождается в наклонную прямую i ≈ (E − E̅)/Rs, то есть в отклик резистора. Промежуточные x дают ту самую наклонную «трапецию».
Что из этого следует на практике
- Критерий один: x = ΔE/(v·Rs·C). Для 5 % по Δi/2 нужно RsC ≤ ΔE/(7,4·vmax).
- Узкое окно вредит: при меньшем ΔE ток не успевает выйти на плато. Расширять окно стоит до границы фарадеевских процессов.
- Признак проблемы в данных: зависимость Δi/2 от v загибается вниз на высоких скоростях, а i/v на ЦВА падает с ростом v.
- Ёмкость лучше брать по току в середине окна, а не по площади или среднему току.
Чего модель не учитывает
- Частотную дисперсию (CPE) реальной ДЭС: там i/v падает с v даже при Rs = 0.
- Распределённое сопротивление в порах (линия передачи де Леви). Для пористых оксидных DSA-слоёв искажения будут сильнее, чем здесь, так что модель даёт нижнюю оценку.
- Rs здесь это некомпенсированное сопротивление, его берут по высокочастотной отсечке импеданса.