B2900 SMUを使用した3電極法によるリチウムイオン電池／センサの電気化学測定 | キーサイト

Show Description

概要

Keysight B2900Aシリーズプレシジョン・ソース／メジャー・ユニットは電気化学測定に使用されています。このような測定に広く用いられる手法として、サイクリックボルタンメトリー(C-V)およびクロノアンペロメトリーと呼ばれるものがあります。これらの測定は、作用電極、基準電極、カウンター電極で構成される3電極システムをベースにしたものです。C-V測定では電圧を掃引して、それに対応する酸化還元反応の電流を測定します。酸化／還元のピークの電圧／電流は、検査対象溶液の濃度（ネルンストの式）と反応拡散特性（フィックの法則）によって決まる値によって測定されます。クロノアンペロメトリーでは、一定の電圧を印加して、酸化還元反応の電流の時間変化を測定します。このアプリケーションノートでは、基準電極としてTiO2を用いたリチウムイオン電池と、ポリマー修飾電極を用いたグルコースセンサを含む、2種類の電気化学システムを測定しています。従来のポテンショスタットをベースにした構成と比較すると、SMUは電流／電圧測定の感度が非常に高いので、例えば、小さな電極システムの低い電気化学電流も正確に測定できます。プロセス制御は、SMUのフロントパネルから、または、PCベースのB2900A QuickI/V測定ソフトウェアから行うことができます。さらに、Keysight Easy EXPERT group+ソフトウェアを使用すれば、測定セットアップ／実行から解析／データ管理までのすべてのプロセスを制御することができます。これはバッテリー関連のマルチセル電気化学自動測定にも拡張可能で、例えば、1ラックに収容された直列半電池で多くの個別パラメータ（例：電解質のイオン濃度）の変化を調査することができます。

はじめに

バッテリー、キャパシタ、エネルギー蓄積デバイス、光電池、腐食、水素電池、電気化学センサなどのエネルギー関連の投資が増加する中で、電気化学の分野（本質的に電子エネルギーと化学エネルギーの変換に関する研究）が、業界および研究機関で重要な役割を担っています。実際のアプリケーションで最適な性能が得られるようにこれらのデバイスをデザインできるかどうかは、マクロ的な作用の源である分子電気化学プロセスの研究にかかっています。電気化学プロセスは、個別の酸化／還元ステップからなる酸化還元反応です。酸化は化学種が1つ以上の電子を失う反応で、還元は1つ以上の電子を取り込む反応です。酸化還元反応で酸化と還元が対になって生じれば、電子は酸化される化学種から還元される化学種へと移動することができます。このような電子の流れは、ガルバニ電池のように化学反応によって自発的に発生して電気に変換される場合もあれば、電解質電池のように強制的に化学反応を進めるために外部電源によって誘発される場合もあります。全体として完全なガルバニ電池や電解質電池は、標準的なバッテリーと同様に2端子システムです。通常の実験では、完全な電池ではなく、より柔軟で制御しやすい半電池を使用します。完全な電池は2つの半電池を組み合わせたものとして表すことができます。半電池とは2つの電極のうちの1つです。半電池には、3電極電気化学システムを形成する基準電極(RE)、カウンター電極(CE)、作用電極(WE)が必要です（図1参照）。WEに印加される電圧はWEとREの電位差になります。電気化学電池の電流は、REを通過せずに、CEによって形成される経路を流れます。多くの場合、CEには白金のような不活性物質が使用されます。REは通常、Ag/AgClベースのもので、ポーラスプラグ付きのガラス管に充填された溶解性塩化銀に銀ワイヤーを浸漬したもので構成されます。WEは通常、金やグラファイトなどの導電材料を必要な電気化学活性材料でコーティングしたものでできています。電気化学システムに基づいて、可動イオンを含む適切な電解質（水性または溶解性）が選択されます（図2参照）。

キーサイトの素晴らしい製品/ソリューションについてさらに詳しくご紹介いたします。今すぐダウンロードしてください！