研究者 山脇浩 > 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
高圧固相におけるイオン伝導度計測
・ イオン伝導度計測
・ 測定例
プロトン伝導体
リチウムイオン伝導体
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
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