電気化学におけるインピーダンス測定法解析の基礎と応用

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通信教育タイトル

「インピーダンスってなにさ？」で始まり「実際の電池系のインピーダンスを考える」で終わるオススメ講座！

電気化学におけるインピーダンス測定法解析の基礎と応用

通信教育概要

講座番号	ce091001
	申込受付を終了いたしました。本講座に関する各種お問い合わせはこちらから。
開講日	平成21年10月5日（月）　申込締切 9月30日(水)
受講料	１名につき31,500円（税込、テキスト付き） ※同一法人より複数名での受講の場合、下記の割引を適用いたします。〔2名受講の場合、1名につき26,250,円〕〔3名以上受講の場合、1名につき21,000円〕〔5名以上の場合は、別途ご相談ください〕 ※大学生、教員の方は、1名に付き受講料10,500円です。ただし、企業に在籍されている研究員の方は除きます。
スケジュール
10月5日（月）	第1講　テキスト配本
10月30日（金）	第1講　演習問題回答締切（必着）
11月2日~30日	模範解答送付~添削~第2講テキスト配本
12月21日（月）	第2講　演習問題回答締切（必着）
1月11日~29日	模範解答送付~添削~第3講テキスト配本
2月26日（金）	第3講　演習問題回答締切（必着）
3月1日~31日	模範解答送付~添削~修了書送付

通信教育講座の内容

【講座の趣旨】

　燃料電池やリチウムイオン二次電池などの材料開発に携わっている開発者が、電池メーカからインピーダンス特性のデータ提出を求められ、困っているという状況が多いようです。材料開発に携わっている方々は化学を専門としてきた人が多いようで、そのような方々は数学や物理が苦手というケースが多いようです。

　ましてや、インピーダンス測定となると、複素数は出てくるし、数式ばかりが目に付いてしまい、はじめから拒絶反応を示してしまうというケースが多いのでしょう。こうくると、「実は私も数学は苦手で苦労したんです。清水の舞台から飛び降りる気持ちでやってみたら、それほどでもなかったので、大丈夫ですよ」という台詞が出てくることを皆さんは期待するかもしれませんが、私自身はあまり苦労はしてないんです。おかげで学生に教える側の立場になっている今、「教える」ことの難しさに頭を悩ませています。

　さて、どうしましょうか？研究室の学生をよく観察していると、高校の物理の知識がまったくない学生が多いの
に気付きました。高校で物理をやったとしても、センター試験の範囲だけのようですね。そこで、この講座の方針を決めました。Excelを使ってグラフ表現をしながら、以下のように講義を進めていきます。

　第1講では、高校の物理に出てくる回路網理論の基礎を中心にします。物理だけではないのですが、高校の教科書の中身を理解できれば、日本の将来は絶対に明るいと断言できるものが、高校の教科書には込められています。これは自信を持って私は断言できます。センター試験だとか、大学入試への対応で肝心の中身を勉強できなかった方は、あるいは物理を履修しなかった方は、不運でしたね。でも心配する必要はありません。副読本としての図解などが1000円以下でどの本屋さんでも購入できますし、高校の教科書も各県の指定本屋さんで一般人が購入することも可能なのです。このような教科書は1000円を越えることはまずありません。是非にも、手元に高校の教科書や図説などをご用意下さい。各県の指定本屋さんは、各県の教育委員会等に問い合わせれば教えてもらえますが、教科書購入は取り寄せになる可能性が高いだろうと思います。

　第2講では、測定法の基礎と原理を勉強します。この部分は、数式が大量にでてくることになりますが、その数式がどのようなグラフになるのかをイメージできるようにしてください。数式だけからイメージできない場合にはExcelを使うと良いですね。

　第3講では、データの解析法について勉強します。これは、Excelを使って、パラメータフィッティングまできっちりと勉強しましょう。

【講座内容】

第１講　インピーダンスってなにさ？

1.1 回路を構成する基本要素
   1.1.1 抵抗ってなにさ？
   1.1.2 コンデンサ(キャパシタ)ってなにさ？
   1.1.3 コイル(インダクタンス)って何さ？

1.2 オームの法則とキルヒホッフの法則

1.3 交流の基本

1.4 交流の世界でのオームの法則・インピーダンス

1.5 インピーダンスの表現方法
   1.5.1 複素平面にインピーダンスを表現する
   1.5.2 コール・コール(Cole-Cole)プロット(またはNyquistプロット)
   1.5.3 Bodeプロット

1.6 電極反応と基本回路構成要素とのアナロジー(類似性)

演習問題

第２講電気化学インピーダンス測定法の基礎と原理

2.1 測定に必要な機器
   2.1.1 ポテンシオスタット・ガルバノスタット
   2.1.2 ファンクションジェネレータ
   2.1.3 オシロスコープ
   2.1.4 周波数応答解析装置(FRA)
   2.1.5 コンピュータとA/D変換を用いた方法

2.2 電極反応のインピーダンス
   2.2.1 電極反応のモデル
   2.2.2 電荷移動過程(活性化過程)・電荷移動抵抗
   2.2.3 半無限拡散インピーダンス
   2.2.4 有限拡散インピーダンス
   2.2.5 薄層有限拡散インピーダンス
   2.2.6 多孔質電極
   2.2.7 定位相要素(Cnstant Phase Element)

演習問題

第３講　Excelを用いたデータ解析法

3.1 Excelでシミュレーション・理論解を計算する

3.2 Excelでパラメータフィッティング
   3.2.1 Excelのソルバー機能
   3.2.2 Excel VBAでBASICプログラム
   3.2.3 Simplex法・多変量非線形最適化アルゴリズム
   3.2.4 Simplex法のプログラム
   3.2.5 実際にフィッティングしてみよう

3.3 フーリエ変換でインピーダンスを計算する

3.4 ラプラス空間でインピーダンスを計算する

3.5 測定器の応答速度に注意

3.6 ノイズが多いですか？LPFにご注意を。

3.7 実際の電池系のインピーダンスを考える

演習問題