HOME 教育状況公表 令和3年9月27日

3. インピーダンス測定から解析まで

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3.1 評価セルの設計-材料評価、構造評価、システム評価-

電圧規制か電流規制かを決めましたか? 印加振幅を決めましたか? バイアス(オフセット)を決めましたか? 周波数範囲を決めましたか?

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交流の大きさと周波数(正弦波の振幅)
©K. Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/_14/Amplitude.asp

3.2 周波数応答解析と過渡現象-LCRメーター、FRA、フーリエ変換-

インピーダンスブリッジ オシロスコープのみ! LCRメーター FRA or FFT ロックインアンプ
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交流ブリッジ(インピーダンスブリッジ)
©
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/54299/c1/Extra_Syllabus/2020_R02/20200915/20200915_03.asp
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RC直列回路の過渡応答
©K.Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/_14/TimeTransientRCs.asp
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フーリエ変換-時間領域(左)と周波数領域(右)-
©K.Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/_14/Fouriertransform.asp

3.3 電池の直流成分の取り扱いとインピーダンス-セルの接続と測定条件-

ずっと言っているように電池には、起電力があります。 これが、ふつうのインピーダンス測定との違いです。 繰り返すようですが、電池の起電力、つまり界面電位差につきあえれば電池とインピーダンスの距離はだいぶ近くなります。

電流規制で測れる機械なら何ら問題ないですね。

電圧規制で測るときは、直流成分をカットするフィルターをプローブに取り付けるか、電池の起電力と同じバイアス電圧を機械から出力しなければなりません。LCRメーターなんかだと最近はその機能がついていて、しかもリチウム電池を意識してか5Vぐらいのバイアス電圧が出力できるものもあるようです。

安価なLCRメーターで電池を測るときは、同じ電池を二つ用意して逆向きに直列つなぎにしてインピーダンスを測って、あとでインピーダンスを半分にすればいいですね。キルヒホフの法則に感謝!です。

3.4 デジタルノイズとインピーダンス-AD・DA変換とサンプリング精度-

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量子化ノイズ
©K.Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/_14/Quantization.asp

3.5 サイクリックボルタンメトリーとインピーダンス-電位制御-

電位制御の代表的な測定法がサイクリックボルタンメトリーです。サイクリックボルタンメンメトリーは電位を三角波に制御して、電位と電流の関係を見ます。リサージュ図形のサイン波を三角波にするようなものです。

3.6 充放電試験とインピーダンス-電流制御-

電流制御の代表的な測定法が充放電試験です。充放電は一般的に電流を流して、その時の電位の時間応答を見ます。矩形波の過渡応答を見ているのです。

3.7 ボードプロットとコールコールプロット

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コールコールプロット(ナイキストプロット)とボードプロット
©K. Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/_14/BodeNyquist.asp

3.8 周波数特性と等価回路-ガルバニック過程の取り扱い-

等価回路を考えるとき、電位プロファイルは役に立ちます。

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電位プロファイル
©K. Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/_05/PotentialProfile.asp

明日からやろう!インピーダンス測定・解析
~ 予備知識がなくても実践できる交流インピーダンス測定・解析法 ~
講演趣旨:

本講座ではリチウム電池にかかわるインピーダンス測定・解析を取り上げます。電池は総力戦です。狭い専門知識よりも、広く見渡す力が求められます。SDGs(持続可能な開発目標)では、自分ひとりで理解して納得するより、みんなで協働し、社会をよりよくすることが大切です。本講座ではインピーダンスに軸足をおき、電池や電気の関連知識をおさらいしつつ、目標に向かって最初の一歩を踏み出せるようお手伝いします。

主催: サイエンス&テクノロジー(S&T)
日時 2020年9月15日(火) 10:30~17:00
山形大学  学術研究院  物質化学専攻  立花和宏
正弦波(サイン波)(440Hz)