1. 介紹

EIS實驗有時需要測試很長一段時間，特別是在測量低頻率段時。這會引起一個很重要的問題-電化學系統隨著時間而變化。

為了解決這一問題，我們可以使用multisine技術eis測量模式。相對于single sine模式，multisine模式將不同頻率的波形在同一時間疊加輸出。

Multisine測量定義為由不同頻率的相同振幅A及不同相角φ正弦波總和u（t）。

為了減少峰值因子EC-Lab軟件中將Multisine EIS測量定義為：

2. 實驗部分

我們對一個鋰離子電池（ANR26650,A123）分別進行single sine和multisine的電化學交流阻抗譜圖測量。這個2.3Ah的鋰離子電池使用納米磷酸鐵鋰作為正極，測量技術為PEIS。所有測試的直流偏置電壓均為0V vs. OCP，約為3.31V。

交流阻抗頻率測量范圍為200kHz至10mHz。測量軟件為EC-Lab軟件，儀器配置8A booster。Multisine測量模式僅在頻率低于1Hz時起作用。其他參數設置為，正弦波振幅Va=10mV，平均數Na=5，等待時間Pw=0.5，漂移校正drift correction打開。

在此測試中，Single sine及multisine模式的設置參數是完全一樣的，multisine設置請參考圖Figure.1。

3. 實驗結果

實驗得到的交流阻抗譜圖請見圖Figure.2。全頻率段的交流阻抗譜圖為Figure.2上圖。Single sine及multisine模式疊加于同一個譜圖中。Figure.2中圖為Single sine及multisine模式疊加譜圖的高頻率段。Figure.2下圖為Single sine及multisine模式疊加譜圖的低頻率段。

Figure.2 鋰離子電池single sine及multisine eis測量模式對比，紅線為single sine數據曲線，藍線為multisine數據曲線。

圖Figure.3為鋰離子電池交流阻抗譜圖single sine及multisine測量模式的實驗時間對比。Single sine用時20分38秒，multisine模式則僅用時5分22秒。Multisine測量模式可以明顯的看出比single sine模式快約4倍。Multisine eis測量模式測試非?？焖?，能大大節省實驗時間，是一個避免某些電化學系統隨時間變化漂移的交流阻抗測量好方法。

4. 總結

Multisine eis測量模式測試是一個避免某些電化學系統隨時間變化漂移的交流阻抗測量好方法。取決與測量體系，multisine eis測量模式可以在保證與single sine模式同樣精度的情況下，比原先的測量速度快3至4倍。

盡管如此，用戶還需細心的調節實驗條件。Multisine eis測量模式的激勵在原理上是按所有頻率定義的，因此在各個頻率上，其激勵是不如single sine模式穩定的，這樣會導致一定的噪聲影響。盡管如此，提高激勵亦會帶來EIS測量非線性條件的問題，從而影響EIS交流阻抗的測量結果。

參考文章：

1) E. Van Gheem, J. Vereecken, J. Schoukens, R. Pintelon, P. Guillaume, P. Verboven and L. Pauwels, Electrochim. Acta 49 (2004) 2919.

2) E. Van der Ouderaa, J. Schoukens, J. Renneboog, IEEE Trans. Instrum. Meas. 37(1)

(1988) 145.

3) R. Pintelon and J. Schoukens, System identification, IEEE Press, (2001).

4) M. R. Schroeder, R. Pintelon, Y. Rolain, IEEE Trans. Instrum. Meas. IM-49 (2000) 275.

5) Application note #9 “Linear vs. non linear systems in impedance measurement”