impedanssianalyysiin

Impedanssianalyysi on menetelmä, jolla tutkitaan sähköisiä ominaisuuksia materiaalien, elektrodien ja rajapintojen välillä käyttämällä vaihtosignaalin impedanssia. Menetelmä mittaa kompleksisen impedanssin Z(ω) erisuureina: Z = Re(Z) + i Im(Z), jossa Re(Z) on resistanssi ja Im(Z) vastaa reaktanssia. Taajuusalueen yli vaihtelu ja pienen signaalisen, lineaarisen vastauksen oletus mahdollistavat erottelun useista prosesseista, kuten korroosiosta, elektrolyysin ja sähkökemiallisten rajapintojen käyttäytymisestä.

Impedanssianalyysi eli impedanssiskeptrospesia (EIS) suoritetaan usein pienellä vaihtovirralla tai jännitteellä, ja mittauksia kerätään useilla taajuuksilla. Tiedot esitetään yleisesti Nyquist- ja Bode-käyriä: Nyquist-käyrä mittaa imaginaarisen komponentin vastaan todellisen komponentin paria, usein semicirkelinä, kun taas Bode-käyrä näyttää impedanssin suuruuden ja vaiheen taajuuden funktiona. Tulkinnassa käytetään usein sovitusmallia, jonka muodostavat elementit kuten vastukset, kapasitaatiot, induktanssit sekä usein epälineaarisuuksia kuvaavat konstantti- ja difuusio- (Warburg) elementit.

Käytännössä impedanssianalyysi toteutetaan potentiaali- tai galvanostatilla, johon liittyy taajuusvasteanalysaattori. Yleinen asetelma on kolmat Elektrodi (työ-, viite- ja vastus) tai kaksi-elektrodi. Sovelluksia ovat akkua ja superkondensaattoreita koskeva karakterisointi, polttoainekennot, korroosiokartoitus sekä biolääketieteelliset ja sensoriset järjestelmät.

Tulosten tulkinnan haasteina ovat lineaarisuuden ja siirtoelinten ainutkertaisuus, rajapintojen epäoppiminen sekä laitteiston ja kontaktien impedanssit. Oikea tulkinta vaatii sekä fyysisen mallin että sovitusmenetelmien kriittistä arviointia.