[スポンサーリンク]

分析化学

電気化学インピーダンス法 第3版: 原理・測定・解析

[スポンサーリンク]

概要

電気化学インピーダンス法は、腐食防食・めっき・キャパシタなど金属表面処理分野での中心的測定法として用いられており、さらに全個体型電池の開発・自動車用固体高分子形年長電池・リチウムイオン二次電池などエネルギーデバイスに関する利用も再認識されてきている。最近ではセンサー・水素製造・半導体界面を含む電子デバイスへの応用など、新しい分野での関心も深まっている。

電気化学インピーダンス法は、非常に広範囲な分野に応用されているが、用いる等価回路などの解析方法も、測定対象に依存して、バリエーションに富んでいる。そこで「原理を理解して、応用につなげる」ことを目的として、応用分野にかかわらず、共通して必要な基礎原理、測定法、解析法をやさしく解説している。

第2版の発行から10年が経過し、第3版では、アドミッタンス・複素キャパシタンス、および電子線分布についての加筆や見直しを行った。(引用:丸善出版

対象者

電気化学インピーダンスの測定をこれから行う方。内容の理解に化学の知識はほとんど必要ありませんが、本書で得た知識を活用する実践の場が読破には必要だと思います。

目次

第1章 電気化学インピーダンス法への手引き
1.1 電気化学インピーダンス法とは何か?
1.2 電極反応と電気化学インピーダンスの関係
1.3 電気化学インピーダンス法の利用
1.4 インピーダンス解析に用いる基礎数学
第2章 電気化学インピーダンス法の原理
2.1 電気化学測定の中での電気化学インピーダンス法の位置づけ
2.2 電気化学測定に必須な公式
2.3 時間領域と周波数領域での解析
2.4 電気化学インピーダンス法の適用条件
第3章 実験装置
3.1 電極
3.2 電気化学セル
第4章 電気化学インピーダンス測定法と機器
4.1 測定機器
4.2 FRAの原理
4.3 FRAを用いたインピーダンススペクトルの測定
4.4 その他のインピーダンス測定法
第5章 電気化学インピーダンスのデータ処理
5.1 電位-電流曲線と電荷移動抵抗の関係
5.2 各素子のインピーダンス
5.3 インピーダンスの合成
5.4 インピーダンススペクトルの表記法
5.5 RC直列回路のインピーダンス
5.6 RC並列回路のインピーダンス
5.7 インダクターLを含むインピーダンス
5.8 CPEを含む等価回路
5.9 さまざまな等価回路から計算されるインピーダンススペクトルのまとめ
5.10 コール-コールプロットとコール-デビットソンプロット
5.11 二つの時定数をもつ等価回路とインピーダンススペクトルの軌跡
5.12 電極構造と等価回路の関係
5.13 高周波数域での誘導性挙動の解釈と注意点
5.14 ブロッキング電極の等価回路とインピーダンススペクトル
第6章 ファラデーインピーダンス
6.1 ファラデーインピーダンスとインピーダンススペクトルの関係
6.2 低周波数域での誘導性挙動の物理的意味
6.3 ファラデーインピーダンスと吸着過程の関係
6.4 さまざまな反応メカニズムとファラデーインピーダンスの関係
6.5 電荷移動抵抗Rctと分極抵抗Rpとの違い
6.6 複合電極の電位-電流曲線と分極抵抗
6.7 ファラデーインピーダンスによるブロッキング電極の表現
第7章 拡散のインピーダンス
7.1 ワールブルグインピーダンス
7.2 電極反応の物質収支から導出する拡散インピーダンス
7.3 電極反応の物質収支から導出した拡散インピーダンスの軌跡
7.4 さまざまなファラデーインピーダンスの軌跡のまとめ
第8章 分布定数型等価回路を用いた電気化学インピーダンス解析
8.1 多孔質電極と分布定数型等価回路
8.2 伝送線モデルを用いた電気化学インピーダンスの理論式
8.3 分布定数型等価回路による電気化学インピーダンスの計算
8.4 伝送線モデルによるインピーダンススペクトルの計算
8.5 ダブルチャネル型伝送線モデル
8.6 交流測定時に多孔質電極に流れる電流線の分布
第9章 アドミッタンスと複素キャパシタンス
9.1 一般式の導出
9.2 Cdのみの等価回路
9.3 RsolとCdlの直列回路
9.4 RctとCdlの並列回路
9.5 RctCdl並列とRsolの直列回路

解説

電気化学は大学時代に少しだけ触った程度ですが、電池に関する話題が多くなり電気化学インピーダンスについて勉強しようと思い本書を手に取りました。そもそも電気化学インピーダンス法とは、対象とする電極に微小な正弦波交流を与え,その伝達関数としてインピーダンスを求めることにより電極反応機構などを解析する非定常測定法の一つです。そして本書では概要の通り、電気化学インピーダンスの取り扱いに必要な基礎原理、測定法、解析法を解説しています。

では内容を見ていきます。第1章では、電気化学インピーダンスの意味するものとその測定の応用、そして2章以降の理解で必要な基礎的な数学に触れています。電気化学インピーダンスについて予備知識が無かった自分ですが、この章を何度か読み返することで測定の概念と、その解析で登場する複素平面について基礎を理解することができました。第2章では、電気化学インピーダンス法の原理ということで、章の前半は電気化学の基礎公式を解説しています。その上で章の後半では、電気化学インピーダンスで行われる周波数解析について解析しています。周波数に関する理解は難しいところがありますが、数式とグラフがバランスよく加えられており、数式に慣れていない場合でも馴染みやすいかと思います。

第3章では、実験装置として電極とセルの種類と取り扱う上での注意点について解説しています。第4章も装置に関する内容で、電気的な処理を行うのに必要な装置の原理や特性について解説していて、特にFRA(周波数応答解析装置)について詳しく詳説されています。どちらの章も実際に実験装置を構築するためというよりかは、装置理解のための内容が主であり電気化学インピーダンスの研究や業務を始める前に重要な事が取り扱われていると思います。

第5章はデータ処理として回路ごとにどのような応答を示すかを解説しています。電気化学インピーダンスに含まれる時定数のうち、電極構造に起因する定数は、測定データに対して等価回路に対応したフィッティングを行うことで求めることができます。そのため、本章では様々な回路で得られるインピーダンススペクトルを導出しています。一方第6章は、電極素反応に起因する定数を求めるために必要なファラデーインピーダンスについて解説していて、章の後半では、電極反応別にどのような変化が起こるのか解説しています。第7章、8章では、さらに発展した解析方法を解説しています。まず第7章では拡散についてで、電気化学反応によって物質が溶液内で移動しますが、この現象を電気化学インピーダンスでどう捉えるかを解説しています。第8章で取り扱われているのは、電極が多孔質の場合であり、どのような等価回路として取り扱うかが解説されています。第9章ではインピーダンスとは別の関数としてアドミッタンスと複素キャパシタンスについて触れています。

本書は電気化学インピーダンスを勉強するための専門書であり、それ以外の目的では役に立ちにくいかもしれませんが、電気化学インピーダンスの理解に必要な内容がまとめられています。近似を取り扱うため数式がいくつも登場しますが、適度な文章による解説で理解が難しい数式についても手を動かさなくても理解できるような構成となっています。

電気化学に関連する書籍紹介

Avatar photo

Zeolinite

投稿者の記事一覧

ただの会社員です。某企業で化学製品の商品開発に携わっています。社内でのデータサイエンスの普及とDX促進が個人的な野望です。

関連記事

  1. 有機反応機構の書き方
  2. 入門 レアアースの化学 
  3. 一流ジャーナルから学ぶ科学英語論文の書き方
  4. 【著者インタビュー動画あり!】有機化学1000本ノック スペクト…
  5. 【書籍】合成化学の新潮流を学ぶ:不活性結合・不活性分子の活性化
  6. 【書籍】機器分析ハンドブック1 有機・分光分析編
  7. The Art of Problem Solving in Or…
  8. Nanomaterials: An Introduction t…

注目情報

ピックアップ記事

  1. ノーベル賞受賞者と語り合おう!「第16回HOPEミーティング」参加者募集!
  2. ケムステイブニングミキサー2019ー報告
  3. Rice cooker
  4. クラリベイト・アナリティクスが「引用栄誉賞2019」を発表
  5. ウルマンカップリング Ullmann Coupling
  6. ハメット則
  7. 細胞が分子の3Dプリンターに?! -空気に触れるとファイバーとなるタンパク質を細胞内で合成-
  8. フリードリヒ・ヴェーラー Friedrich Wohler
  9. 科学英語の書き方とプレゼンテーション (増補)
  10. 「あの人は仕事ができる」と評判の人がしている3つのこと

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2023年4月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

注目情報

最新記事

光でゆがむ分子 ― アルミニウム錯体の対称性の破れをコヒーレント振動分光で観測

第711回のスポットライトリサーチは、九州大学大学院理学研究院 化学部門(分光分析化学研究室)・江原…

有機合成のカラム精製に革新を 〜モノリスカラムで変わる「研究のスピード」〜

筆者の研究室では有機合成を行っています。合成も大変ですが、何より大変なのが精製操作。最近、とある…

酸素は系内に入り込み続ける【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

アンモニウム構造によりラジカル種の発生位置を完全に制御!

第710回のスポットライトリサーチは、関西学院大学理工学研究科 村上研究室の榊原 陽太(さかきばら …

化学つれづれ草【ある研究者の回想】

概要物理化学者で量子機能材料を専門とする著者によるエッセイ集.化学者としての研究,教育,人生…

第60回有機反応若手の会

開催概要有機反応若手の会は、有機化学分野で研究を行う全国の大学院生を中心とした若手研究者が集い、…

ノーベル賞受賞者と語り合う5日間!「第18回HOPEミーティング」参加者募集!

申し込みはこちら概要主催:独立行政法人 日本学術振興会(JSPS)開催地:神奈川…

光触媒による高効率なCO2還元の実現―まさかの光を弱く当てることが重要だった―

第709回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 理学院(前田研究室)博士後期課程2年の仲田竜一 …

「π-πスタッキング」という言葉が生む誤解【芳香環の相互作用を見直す: 前編】

芳香環が平行に並んで近接しているとき、その構造を「π–π スタッキング」と表されることがよくあります…

一重項酸素によるC(sp2)−P結合切断を用いた長波長光によるリン化合物のアンケージング

第 708 回のスポットライトリサーチは、同志社女子大学 薬学部 医療薬学科 5…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP