Impedanzspektroskopie
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Die (elektrochemische) Impedanzspektroskopie ist eine Erweiterung der Impedanz-Analyse. Hierbei wird die Impedanz bei mehreren Frequenzen über einen definierten Frequenzbereich (Spektrum) bestimmt.
Mit ihrer Hilfe lassen sich frequenzabhängige Phänomene von elektrochemischen Komponenten analysieren, ohne dass Messungen im Innern der Komponente vorgenommen werden müssen.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Anwendungsgebiete
- Energiespeicher, Batterien, Doppelschicht-Kondensator und Brennstoffzellen
- Biologische und biomedizinische Systeme
- Geophysik (Spektrale Induzierte Polarisation, SIP)
- Halbleiter
- Korrosion
- Oberflächentechnik
- Kinetik
[Bearbeiten] Darstellung und Interpretation der Messergebnisse
Das Impedanzspektrum beschreibt die Übertragungsfunktion des Systems und kann als Bode-Diagramm oder als Nyquist-Diagramm dargestellt werden. Da hierbei hauptsächlich Kapazitäten und seltener Induktivitäten auftreten, wird die negative imaginäre Achse normalerweise nach oben aufgetragen. Sind typische Kurvenverläufe für bestimmte Zustände in einem System bekannt, so ist häufig bereits eine grafische Auswertung der Diagramme möglich.
[Bearbeiten] Auswertung mittels Anpassung von Modellparametern
Reicht die grafische Interpretation des Impedanzspektrums (beispielsweise im Nyquist-Diagramm) nicht aus, so kann für eine weitergehende Analyse ein Ersatzschaltbild des zu untersuchenden Systems erstellt werden. Das Ersatzschaltbild bildet die für die Untersuchung relevanten vermuteten chemischen und physikalischen Prozesse ab. So kann beispielsweise ein Kondensator eine eventuell vorhandene elektrochemische Doppelschicht repräsentieren. Neben den in der Elektrotechnik üblichen Impedanzen (Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten) können noch andere elektrochemische Phänomene auftreten, die zum Beispiel durch Diffusionsprozesse verursacht werden. Um diese Phänomene im Modell abzubilden, werden zusätzliche Elemente wie die Warburg-Impedanz oder die Nernst-Impedanz genutzt.
Die Parameter des Ersatzschaltbildes können mit einem Fitting an die Messwerte angepasst werden. Für dieses Fitting existiert speziell auf die Fragestellungen der Impedanzspektroskopie zugeschnittenen Software, die die Parameter mit Verfahren der nichtlinearen Optimierung anpasst. Die Parameter des angepassten Modells beziehungsweise ihre Veränderung zwischen verschiedenen Betriebszuständen erlauben eine Interpretation über Zustände und Vorgänge im System.
[Bearbeiten] Siehe auch
- Cole-Cole-Diagramm (Cole-Cole-Plot)
