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Impedanz

Impedanzmessungen

Zur Gesamtüberspannung eines elektrochemischen Prozesses tragen alle Teilschritte des elektrochemischen Gesamtprozesses bei. Dazu gehören Stofftransport, chemische Teilreaktionen, Adsorption, Elektronendurchtritt oder Diffusion. Damit kommt es beim Gleichstromkreis zu einer Erhöhung des Elektrolytwiderstands R E . Im Wechselstromkreis wird zwischen Ohm'schen Widerständen und Wechselstromwiderständen unterschieden. Nur rein Ohm'sche Widerstände wie der Elektrolytwiderstand und der Durchtrittswiderstand sind frequenzunabhängig. Alle anderen Wechselstromwiderstände sind frequenzabhängig und werden Impedanzen (Symbol Z ) genannt. Dazu kommt noch die frequenzabhängige Doppelschichtkapazität.

Misst man nun frequenzabhängig Widerstände und Kapazitäten, so kann man den Realteil und Imaginärteil der Impedanz bestimmen. Die grafische Darstellung von Real- gegen Imaginärteil nennt man Bode-Diagramm. Zur Auswertung der Messung stellt man einen Ersatzschaltkreis auf, der die gemessene Frequenzabhänigkeit widergibt. Man kann nun mit mathematischen Programmen die Ortskurve, das Bode-Diagramm oder den Nyquist-Plot simulieren und die Zahlenwerte für die einzelnen Elemente so lange variieren, bis sie das gemessene Orginaldiagramm möglichst gut wiedergeben. Damit können Aussagen über den Ablauf der Reaktion gemacht werden. Durch vollautomatisierte Messgeräte und entsprechende Auswerteprogramme ist das ohne großen Zeitaufwand möglich.

Man muss aber beachten, dass ein Impedanzverhalten durch verschiedene Ersatzschaltkreise simuliert werden kann, so dass es nötig ist im Zweifelsfall noch unterstützende Messungen durchzuführen. In der nachfolgenden Simulation können einfache Ersatzschaltkreise aufgestellt werden und die entsprechenden Bode-Diagramme quantitativ und qualitativ simuliert werden.

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