インピーダンス分光

インピーダンス分光

インピーダンス分光とは

物質や界面の電気的特性を様々な周波数に対するインピーダンスとして測定し、スペクトル解析を行う方法

インピーダンス（交流抵抗） 　Z = ΔV / ΔI = Z’ + i Z”
　　Z’ : 実部、 Z” : 虚部　　（単位：Ω）


インピーダンス分光の使用例
　　デバイスの劣化解析　　---　　Mobility, 接触抵抗
　　電極反応の解析　　---　　電池、腐食、メッキ
　　　　など

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高圧固相におけるイオン伝導度計測

固体イオン伝導体のイオン伝導度は、交流インピーダンス測定により求めることができる。

固体イオン伝導体は、イオンが電荷キャリアとなり、固体内を移動する。

　　　　　　　　第46回高圧討論会発表資料より抜粋

電池、センサーなどの固体電解質として応用が検討されている。

　　燃料電池 --- プロトン（H⁺）伝導体
　　Liイオン電池 --- リチウムイオン（Li⁺）伝導体



固体イオン伝導体の等価回路は左下図のようになっており、
交流インピーダンス測定で得たデータを Nyquist plotすると右下図のような半円形を示す。


　　　　　　　第46回高圧討論会発表資料より抜粋


イオン伝導率は、次式のようになる。
σ = L/S (1/R)
　　　ここで、 L : 試料長, S : 試料断面積
L/Sの変化は小さいと仮定し、Rの変化を測定すれば、イオン伝導率の相対変化を求めることができる。

測定例

DAC中に電極を配置し、イオン伝導度の圧力変化を測定した例は、下記の文献

プロトン伝導体

・CsHSO₄
　　　H. Yamawaki et al., J. Phys. Chem. Solids 76 (2015) 40-44.　DOI:10.1016/j.jpcs.2014.07.015

・Rb₃H(SO₄)₂
　　　H. Yamawaki et al., Solid State Ionics 181 (2010) 567-571.　DOI:10.1016/j.ssi.2010.02.025

リチウムイオン伝導体

・LiBH₄
　　　H. Yamawaki et al., J. Phys. Chem. Solids 76 (2015) 40-44.　DOI:10.1016/j.jpcs.2014.07.015

・Li₄(BH₄)(NH₂)₃
　　　H. Yamawaki et al., Solid State Ionics 262 (2014) 490-494.　DOI:10.1016/j.ssi.2013.11.027


　

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