- 発売日：2025/05/23
- 出版社：科学情報出版
- ISBN：9784910558424
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商品説明
電気化学測定は基本的に電流と電位の関係を調べる測定法でありますが、電流と電位を決める要因は様々であることから、電気化学測定の結果を正しく解析するには難しい面があります。その難しさを解決する方法のひとつとして電気化学インピーダンス法があります。
電気化学インピーダンスの専門書にはさまざまなものがありますが、電気化学インピーダンス法を使いはじめるならまずここまで学んでから、というような入門書となるものはあまり見当たらないように思います。
本書ではこのような視点に立脚して、なるべく説明のための図を多く用い、必ず押さえるべきところを知っていただけるように心がけました。
第1章では、電気化学インピーダンスを学ぶための電気化学の基礎を解説します。
第2章では電気・電子工学の分野で用いられているインピーダンスの解析法を説明します。ここでの解析対象は電気回路となります。特にこの章では、どのような回路の構成で測定が行われているかについて測定結果から考察できるように、多くの例を示して、結果を解釈できるようになるための基礎知識が身につくように配慮しました。
第3章からは、本題となる電気化学インピーダンス法の解説に入ります。電気回路の解析のためのインピーダンス測定と電気化学インピーダンス測定を結びつけるためには、等価回路の概念を理解することが必要不可欠です。電気化学反応の中の各素反応をどのように等価回路として組み立てるのかといった概念を一つ一つ理解できるようにしましょう。この概念を理解し、頭の中で電気化学反応を等価回路として組み立てる習慣が確立できれば、本書で学ぶ目的はほとんど達成できたといえます。
第4章では少し複雑な電極反応に関する等価回路を解説し、第5章では正しい電気化学インピーダンス測定結果を得るための測定上の注意点を説明します。
第6章では、正しい測定で得られたデータと想定した等価回路を用いて計算されたシミュレーションデータとをフィッティングすることで電気化学反応のパラメータを得る方法を解説します。
第7章では、実践的な電気化学インピーダンス法の例をいくつか解説し、本書の目的の完成へと近づきます。
最後に第8章では、電気化学インピーダンス法の数学的取り扱いと、その応用としてやや進んだトピックスを紹介しています。
電気化学インピーダンスの専門書にはさまざまなものがありますが、電気化学インピーダンス法を使いはじめるならまずここまで学んでから、というような入門書となるものはあまり見当たらないように思います。
本書ではこのような視点に立脚して、なるべく説明のための図を多く用い、必ず押さえるべきところを知っていただけるように心がけました。
第1章では、電気化学インピーダンスを学ぶための電気化学の基礎を解説します。
第2章では電気・電子工学の分野で用いられているインピーダンスの解析法を説明します。ここでの解析対象は電気回路となります。特にこの章では、どのような回路の構成で測定が行われているかについて測定結果から考察できるように、多くの例を示して、結果を解釈できるようになるための基礎知識が身につくように配慮しました。
第3章からは、本題となる電気化学インピーダンス法の解説に入ります。電気回路の解析のためのインピーダンス測定と電気化学インピーダンス測定を結びつけるためには、等価回路の概念を理解することが必要不可欠です。電気化学反応の中の各素反応をどのように等価回路として組み立てるのかといった概念を一つ一つ理解できるようにしましょう。この概念を理解し、頭の中で電気化学反応を等価回路として組み立てる習慣が確立できれば、本書で学ぶ目的はほとんど達成できたといえます。
第4章では少し複雑な電極反応に関する等価回路を解説し、第5章では正しい電気化学インピーダンス測定結果を得るための測定上の注意点を説明します。
第6章では、正しい測定で得られたデータと想定した等価回路を用いて計算されたシミュレーションデータとをフィッティングすることで電気化学反応のパラメータを得る方法を解説します。
第7章では、実践的な電気化学インピーダンス法の例をいくつか解説し、本書の目的の完成へと近づきます。
最後に第8章では、電気化学インピーダンス法の数学的取り扱いと、その応用としてやや進んだトピックスを紹介しています。
目次
はじめに
第 1 章 電気化学測定の基礎
1. 1 電気化学反応の構成要件
1. 2 電気化学系における電流と電極電位の関係
1. 3 電気二重層と溶液抵抗
1. 4 電極反応に用いられる電位領域
1. 5 3 電極を用いる測定法とポテンショスタット
1. 6 まとめ
第 2 章 インピーダンスの基礎
2. 1 インピーダンス解析
2. 2 印加信号に対する応答信号
2. 3 測定から得られるインピーダンス
2. 4 各回路素子および回路の測定によるナイキスト線図
2. 5 各回路素子および回路のインピーダンスの数学的表記
2. 6 回路素子のパラメータの変化に伴うナイキスト線図の形状の変化
2. 6. 1 抵抗とコンデンサの並列回路
2. 6. 2 抵抗とコンデンサの並列回路を直列に接続した場合
2. 6. 3 抵抗とインダクタの並列回路
2. 6. 4 抵抗とコンデンサの並列回路と抵抗とインダクタの並列回路を直列に接続した場合
2. 6. 5 抵抗とコンデンサの並列回路を2 つ並列に接続した場合
2. 7 周波数の変化に伴うナイキスト線図の形状の変化
2. 7. 1 抵抗とコンデンサによる2 つの並列回路を直列に接続した回路に関する考察
2. 7. 2 抵抗とコンデンサの並列回路が示す半円のつぶれ
2. 8 インピーダンス解析ソフトウェアによる測定回路とナイキスト線図の解析
2. 9 インピーダンス測定における注意事項
2. 10 まとめ
第 3 章 電気化学インピーダンスの基礎
3. 1 電気化学インピーダンスの考え方と解析過程
3. 2 電気化学インピーダンスの測定上の注意
3. 2. 1 印加信号のsin 波の振幅
3. 2. 2 測定における応答信号の不変性
3. 3 電気化学インピーダンスの等価回路の基礎
3. 4 ワールブルグインピーダンス（ 半無限拡散（ Semi-infinite））
3. 5 電子移動速度定数の評価
3. 6 様々な電極反応における等価回路の例
3. 6. 1 電極表面に被膜が形成されている場合の等価回路
3. 6. 2 腐食反応の基本的な等価回路
3. 6. 3 リチウムイオン二次電池の等価回路
3. 6. 4 固体電解質におけるイオン伝導の等価回路
3. 6. 5 反応中間体が吸着する過程の等価回路
3. 7 まとめ
第 4 章 複雑な電気化学反応のインピーダンス測定
4. 1 拡散形態による影響
4. 1. 1 有限拡散パターン1（ Finite length）
4. 1. 2 有限拡散パターン2（ Finite space）
4. 1. 3 まとめ
4. 2 伝送線モデル
4. 2. 1 多孔質電極
4. 2. 2 ファラデーインピーダンスが加わった多孔質電極
4. 3 ゲリッシャーインピーダンス
第 5 章 電気化学インピーダンス測定の実際
5. 1 インピーダンス測定装置の特性
5. 2 測定端子の接続についての注意
5. 3 フーリエ変換を用いた電気化学インピーダンス測定
5. 4 等価回路の要素のパラメータを正しく評価するための方法
5. 4. 1 ポテンショスタットを用いた電気化学インピーダンス測定
5. 4. 2 対称電極を用いた電気化学インピーダンス測定
5. 4. 3 低温での電気化学インピーダンス測定
5. 5 電気化学インピーダンス測定における印加信号の選択：電位振幅と電流振幅
5. 6 不変性が維持されない電気化学系で測定されたインピーダンス結果の解析
第 6 章 解析ソフトウェアによる実験データのフィッティング操作
6. 1 データフィッティングの作業過程
6. 2 データフィッティングの数学的な取り扱い
6. 2. 1 重み付けなし
6. 2. 2 比例加重
6. 2. 3 係数の重み付け
6. 3 データの不変性を確認する方法
6. 3. 1 繰り返し測定
6. 3. 2 クラマース−クロニヒ（ KK） 変換
6. 4 回路モデルの非一意性
第 7 章 実際の例から学ぶ解析・解釈の方法
7. 1 燃料電池
7. 1. 1 燃料電池反応における負性抵抗
7. 1. 2 固体高分子電解質のイオン伝導度測定
7. 1. 3 固体高分子形電解質燃料電池のインピーダンス測定
7. 2 リチウムイオン二次電池
7. 2. 1 全固体電池のインピーダンス測定における参照極
7. 2. 2 固体電解質のイオン伝導度の測定
7. 3 電気二重層キャパシタ
7. 3. 1 基本的な等価回路とナイキスト線図
7. 3. 2 活性炭細孔の構造に依存したナイキスト線図の挙動
7. 4 塗膜の防食特性評価
7. 5 単分子修飾電極および電気化学センサー
第 8 章 電気化学インピーダンス法の数学的な取り扱い
8. 1 テイラー展開
8. 2 B.V. 式とインピーダンスの関係
8. 3 ワールブルグインピーダンスの数学的記述
8. 4 ファラデーインピーダンスの数学的記述
8. 5 逐次反応（1）に関するインピーダンスの数学的記述
8. 6 逐次反応（2）に関するインピーダンスの数学的記述
8. 7 逐次反応（3）に関するインピーダンスの数学的記述
8. 8 逐次反応（4）に関するインピーダンスの数学的記述
おわりに
付録
（1） 回路素子の電流と電圧の関係
（2） ボード線図（ Bode plot）
（3） 式2-23 の導出法
（4） 図2-5- （e）のナイキスト線図の式の導出法
（5） CPE を用いて解析した結果による電気二重層の評価
（6） RLC 並列回路のインピーダンス誘導性半円or 容量性半円
（7） 有限拡散パターン1 のインピーダンスの導出
（8） 有限拡散パターン2 のインピーダンスの導出
索引
著者紹介
第 1 章 電気化学測定の基礎
1. 1 電気化学反応の構成要件
1. 2 電気化学系における電流と電極電位の関係
1. 3 電気二重層と溶液抵抗
1. 4 電極反応に用いられる電位領域
1. 5 3 電極を用いる測定法とポテンショスタット
1. 6 まとめ
第 2 章 インピーダンスの基礎
2. 1 インピーダンス解析
2. 2 印加信号に対する応答信号
2. 3 測定から得られるインピーダンス
2. 4 各回路素子および回路の測定によるナイキスト線図
2. 5 各回路素子および回路のインピーダンスの数学的表記
2. 6 回路素子のパラメータの変化に伴うナイキスト線図の形状の変化
2. 6. 1 抵抗とコンデンサの並列回路
2. 6. 2 抵抗とコンデンサの並列回路を直列に接続した場合
2. 6. 3 抵抗とインダクタの並列回路
2. 6. 4 抵抗とコンデンサの並列回路と抵抗とインダクタの並列回路を直列に接続した場合
2. 6. 5 抵抗とコンデンサの並列回路を2 つ並列に接続した場合
2. 7 周波数の変化に伴うナイキスト線図の形状の変化
2. 7. 1 抵抗とコンデンサによる2 つの並列回路を直列に接続した回路に関する考察
2. 7. 2 抵抗とコンデンサの並列回路が示す半円のつぶれ
2. 8 インピーダンス解析ソフトウェアによる測定回路とナイキスト線図の解析
2. 9 インピーダンス測定における注意事項
2. 10 まとめ
第 3 章 電気化学インピーダンスの基礎
3. 1 電気化学インピーダンスの考え方と解析過程
3. 2 電気化学インピーダンスの測定上の注意
3. 2. 1 印加信号のsin 波の振幅
3. 2. 2 測定における応答信号の不変性
3. 3 電気化学インピーダンスの等価回路の基礎
3. 4 ワールブルグインピーダンス（ 半無限拡散（ Semi-infinite））
3. 5 電子移動速度定数の評価
3. 6 様々な電極反応における等価回路の例
3. 6. 1 電極表面に被膜が形成されている場合の等価回路
3. 6. 2 腐食反応の基本的な等価回路
3. 6. 3 リチウムイオン二次電池の等価回路
3. 6. 4 固体電解質におけるイオン伝導の等価回路
3. 6. 5 反応中間体が吸着する過程の等価回路
3. 7 まとめ
第 4 章 複雑な電気化学反応のインピーダンス測定
4. 1 拡散形態による影響
4. 1. 1 有限拡散パターン1（ Finite length）
4. 1. 2 有限拡散パターン2（ Finite space）
4. 1. 3 まとめ
4. 2 伝送線モデル
4. 2. 1 多孔質電極
4. 2. 2 ファラデーインピーダンスが加わった多孔質電極
4. 3 ゲリッシャーインピーダンス
第 5 章 電気化学インピーダンス測定の実際
5. 1 インピーダンス測定装置の特性
5. 2 測定端子の接続についての注意
5. 3 フーリエ変換を用いた電気化学インピーダンス測定
5. 4 等価回路の要素のパラメータを正しく評価するための方法
5. 4. 1 ポテンショスタットを用いた電気化学インピーダンス測定
5. 4. 2 対称電極を用いた電気化学インピーダンス測定
5. 4. 3 低温での電気化学インピーダンス測定
5. 5 電気化学インピーダンス測定における印加信号の選択：電位振幅と電流振幅
5. 6 不変性が維持されない電気化学系で測定されたインピーダンス結果の解析
第 6 章 解析ソフトウェアによる実験データのフィッティング操作
6. 1 データフィッティングの作業過程
6. 2 データフィッティングの数学的な取り扱い
6. 2. 1 重み付けなし
6. 2. 2 比例加重
6. 2. 3 係数の重み付け
6. 3 データの不変性を確認する方法
6. 3. 1 繰り返し測定
6. 3. 2 クラマース−クロニヒ（ KK） 変換
6. 4 回路モデルの非一意性
第 7 章 実際の例から学ぶ解析・解釈の方法
7. 1 燃料電池
7. 1. 1 燃料電池反応における負性抵抗
7. 1. 2 固体高分子電解質のイオン伝導度測定
7. 1. 3 固体高分子形電解質燃料電池のインピーダンス測定
7. 2 リチウムイオン二次電池
7. 2. 1 全固体電池のインピーダンス測定における参照極
7. 2. 2 固体電解質のイオン伝導度の測定
7. 3 電気二重層キャパシタ
7. 3. 1 基本的な等価回路とナイキスト線図
7. 3. 2 活性炭細孔の構造に依存したナイキスト線図の挙動
7. 4 塗膜の防食特性評価
7. 5 単分子修飾電極および電気化学センサー
第 8 章 電気化学インピーダンス法の数学的な取り扱い
8. 1 テイラー展開
8. 2 B.V. 式とインピーダンスの関係
8. 3 ワールブルグインピーダンスの数学的記述
8. 4 ファラデーインピーダンスの数学的記述
8. 5 逐次反応（1）に関するインピーダンスの数学的記述
8. 6 逐次反応（2）に関するインピーダンスの数学的記述
8. 7 逐次反応（3）に関するインピーダンスの数学的記述
8. 8 逐次反応（4）に関するインピーダンスの数学的記述
おわりに
付録
（1） 回路素子の電流と電圧の関係
（2） ボード線図（ Bode plot）
（3） 式2-23 の導出法
（4） 図2-5- （e）のナイキスト線図の式の導出法
（5） CPE を用いて解析した結果による電気二重層の評価
（6） RLC 並列回路のインピーダンス誘導性半円or 容量性半円
（7） 有限拡散パターン1 のインピーダンスの導出
（8） 有限拡散パターン2 のインピーダンスの導出
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