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Impedanz

Das Thema „Impedanz“ bzw. „Impedanzspektroskopie“ gewinnt in den letzten Jahren, insbesondere im Bereich Batterien, stark an Bedeutung. Dabei bezieht sich der Begriff Impedanz zunächst einmal nur auf einen komplexen Wechselstromwiderstand und ist daher kein neues Thema. Nichtsdestotrotz steckt in der Analyse des Wechselstromwiderstands eine bedeutsame Methodik, insbesondere für elektrochemische Systeme und für Materialuntersuchungen.

 

Reine Impedanzanalysatoren

Reine Impedanzanalysatoren, wie die Geräte der PSM-Serie von Newton’s 4th, zeichnen sich durch sehr hohe Messgenauigkeit aus. Es sind spezialisierte Laborgeräte für besonders präzise Messungen. Die Bandbreite reicht vom PSM1700 mit einer Maximalfrequenz von 1 MHz, über den PSM1735 (max. 35 MHz) zum PSM3750 (bis zu 50 MHz). Die typischen Anwendungen dieser Geräte liegen vorwiegend in der Entwicklung von Schaltkreisen und Bauteilen oder auch im Audiobereich. Nichtsdestotrotz sind die PSMs auch für elektrochemische Untersuchungen, insbesondre für Materialuntersuchungen einsetzbar, insbesondere um von der hochpräzisen Messtechnik zu profitieren.

Potentiostat-integrierte Impedanzanalysatoren

Die potentiostatintegrierten Impedanzanalysatoren orientieren sich primär an den Bedürfnissen elektrochemischer Messungen. Es sind kleinere Frequenzbereiche abgedeckt und die Strom- und Spannungsamplituden entsprechen den Messbereichen des Potentiostats. Vorteilhaft ist jedoch die perfekte Kombination aus potentiostatischer oder galvanostatischer Messung mit der Impedanzspektroskopie. Dabei ist die geringe Genauigkeit zu verschmerzen, da reale elektrochemische Systeme ohnehin starken Störungen, vor allem in hohen Frequenzbereichen, unterliegen. Da nahezu alle Potentiostaten/Galvanostaten über eine Impedanzfunktion verfügen, ist die Auswahl groß. Im Einstiegsbereich liegt ganz klar der PalmSens EmStat4S als günstigste Möglichkeit für elektrochemische Impedanzspektroskopie. Für den mobilen Einsatz oder Feldmessungen eignen sich der PalmSens4 oder auch der Ivium pocketStat2 durch ihre kompakten Maße und den (optionalen) Batterie- und Bluetoothbetrieb optimal. Für anspruchsvollere Anwendungen, in Bezug auf Genauigkeit und Frequenzbereich, sind die Ivium-Potentiostate CompactStat und IviumStat verlässliche Instrumente: bei maximal 3 bzw. 8 MHz und mit 24 bit Analog/Digital-Wandlung sind die präzisesten Messungen im Bereich der Potentiostat-Impedanzanalysatoren möglich.

Mehrkanalgeräte von Ivium und MaterialsMates

Eine besondere Position nehmen die Mehrkanalgeräte OctoStat und IviCycle von Ivium ein. Konzipiert als Mehrkanalpotentiostate zielen diese Geräte vorwiegend auf Batteriemessungen ab. Wichtiges Merkmal ist die Integration paralleler Impedanzmessung bei allen Kanälen ohne bzw. nur mit sehr geringen Zusatzkosten.

Gerade im Bereich elektrochemischer Energiespeicherung und -wandlung gibt es Anwendungsszenarien, die eine hohe Anzahl paralleler EIS-Messungen benötigen. Beispielsweise ist es für Untersuchungen an Brennstoffzellen- oder Elektrolysestacks von großer Bedeutung, die einzelnen Zellen parallel/simultan zu screenen. Je nach Stackgröße bieten sich hierbei verschiedene Möglichkeiten an. Für kurze Stacks bis acht Zellen ist der Ivium Stackanalyzer als Erweiterung zu einem Ivium Potentiostat mit EIS eine kostengünstige Lösung. Für größere Stacks oder Anwendungen mit einer hohen Anzahl simultaner EIS-Messungen ist ein Mehrkanal-EIS-System von MaterialsMates perfekt geeignet. Auslegung und Spezifikationen sind ganz individuell konfigurierbar.