KR100347056B1 - 고속 전기화학 임피던스 측정장치 및 방법 - Google Patents

고속 전기화학 임피던스 측정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속 전기화학 임피던스 측정장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상대전극을 통하여 임피던스 측정방법은 전해용액의 반응전위(reaction potential)인 DC전압을 전해용액에 인가하고, 소정의 시간 간격후에 상기 DC전압에 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 상기 전해용액에 인가하는 제1과정; 상기 전해용액에 있는 작업전극을 통하여 측정된 신호전류로부터 변환된 디지털데이터 전압중에서 상기 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압에 기인된 디지털데이터값만을 산출하여 적분 또는 미분 연산한 후 퓨리에변환하는 제2과정; 및 상기 퓨리에변환된 값으로 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 제3과정을 포함하며, 또한 상기 제1과정에서 상기 전압을 전류값으로서 인가한 후 제2 내지 제3과정에서 상기 작업전극에서 측정된 신호전압을 이용하여 동일한 방법으로 임피던스를 산출하는 과정을 포함한다.
본 발명에 의하면, 동일한 진폭과 위상을 가지는 모든 주파수 성분을 동시에 전해용액에 인가할 수 있음으로써, 각 주파수에 대하여 고속으로 전해용액의 임피던스를 측정할 수 있으며, 또한 전해용액에 반응전위와 스텝전압을 인가하는 시간 간격차에 따라 산출된 임피던스들을 조사하여 전해용액에서의 물질이동과 전자이동이 임피던스 측정에 미치는 정도를 효과적으로 파악할 수 있다.

Description

고속 전기화학 임피던스 측정장치 및 방법{Fast electrochemical impedance spectroscopy measurement method and apparatus}
본 발명은 임피던스 측정장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 고속 전기화학 임피던스 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
전기화학 임피던스 측정장치는 전해질용액에 담긴 두 개의 전극에 전압을 인가하고 이때 두 전극에 흐르는 전류를 측정하여 전기화학 용액의 단순한 저항과 전극의 부식정도, 전극과 용액사이의 전기이중층(electric double layer)에 의한 전전용량, 전극표면에서의 반응성 등을 측정할 수 있는 장치이다. 이때, 인가되는 신호전압은 전해용액의 반응전위(reaction potential)인 DC전압에 소정의 주파수를 가지는 정현파전압이 부가되며, 이러한 신호전압을 전해용액에 인가할 때 흐르는 전류는 전압에 대한 위상차와 함께 진폭의 변화가 주파수에 따라 다르게 발생한다. 또한 주파수를 변화시켜 가며 진폭의 변화와 수학식 1, 2와 같이 전압(V), 전류(I)로서 임피던스(Z)와 위상을 계산한 후 복소수평면에 나타내어 여러가지 유용한 정보를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 전기화학 임피던스측정기의 설명하기 위한 블록도이다. 도 1에서, 정현파생성부(100)에서 생성된 사인파는 가산부(102)에서 DC전압생성부(104)에서 생성된 DC전압(E0)과 가산된다. 가산된 전압은 정전압제어부(106)에서는 기준전극(112)과 작업전극(114)을 통하여 상대전극(110)의 소정의 일정한 전압 예컨대값으로 제어하여 상대전극(110)에 인가하면, 상대전극(110)에서 전기화학셀(111)의 전해질용액을 통하여 작업전극(114)간에는 이동하는 전하에 의해의 전류가 흐르게 된다. 이 전류를 전류/전압변환부(108)에서 전압으로 변환한다. 허수 및 실수부상관기(116, 118)는 정현파생성기(100)에서 생성된 정현파와 변위기(phase shifter)(120)에서 90도 위상이 변위된 우현파()를 각각 유입하여 용액에 흐르는 전압과 길쌈짜기(convolution)를 하여 전류의 실수부와 허수부의 진폭과 위상차를 산출한다. 컴퓨터(122)에서는 프로그램을 통하여 상기 데이터를 이용하여 전해용액의 임피던스 특성을 산출한 다음 모니터에 디스플레이한다.
이때, 임피던스의 위상차와 크기를 측정하기 위해서는 인가하는 전압의 주파수를 일반적으로 0.001Hz에서 100KHz까지 단계적으로 변화시켜가면서 길쌈짜기를 수행하여야 하고, 각기 다른 주파수를 가지는 정현파에 대하여 임피던스를 측정하기 위해서는 각 주파수마다 최소한 한 주기 이상 측정해야 되기 때문에 특히 저주파수에서는 상당히 긴 측정시간이 소요되었다. 이 경우 전해용액에 있는 전극에 장시간 전압을 인가하게 되면 전극표면과 용액사이의 상태가 전체 용액의 농도와 작업전극간의 확산층(diffusion layer)에서의 농도차가 초기의 측정상태와 다른 상태로 변하게 됨으로써 재현성 있는 실험을 하기 어려운 문제점이 있었으며, 전자전달(charge transfer)과 물질이동(mass transfer)이 임피던스에 미치는 영향을 효과적으로 측정할 수 없었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 고속으로 전기화학 용액의 임피던스를 측정할 수 있으며, 전자전달과 물질이동이 임피던스에 미치는 영향을 분리하여 측정할 수 있는 고속 전기화학 임피던스 측정방법과 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
도 1은 종래의 전기화학 임피던스측정기의 설명하기 위한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 델타함수의 전압을 변환시켜 전해용액에 인가하는 개략적인 예를 도시한다.
도 2c는 스텝전압이 인가된 전해용액의 등가회로이다.
도 3은 본 발명에 따른 고속 전기화학 임피던스측정 장치에 대한 개괄적인 블록도이다.
도 4a는 상대전극에 반응전위인 DC전압만을 가했을 때와 DC전위에 스텝전압을 부가하였을 경우의 전류값을 도시한다.
도 4b는 단계별로 DC전위를 바꾸어 인가한 상대전극에 스텝전압을 부가하였을 때의 작업전극에 흐르는 전류값을 도시한다.도 4c는 도 4b의 상대전극에 인가된 DC 610mV와 스텝전압에 의해 작업전극에 흐르는 전류를 미분한 파형을 도시한다.
도 5는 도 3의 장치로서 반응전위인 각 DC전압값에 따른 전류반응을 퓨리에변환하여 산출한 임피던스를 도시한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한, 고속 전기화학 임피던스 측정방법은, 상대전극을 통하여 전해용액의 반응전위(reaction potential)인 DC전압을 전해용액에 인가하고, 소정의 시간 경과후에 상기 DC전압에 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 전해용액에 인가하는 제1과정; 상기 전해용액에 있는 작업전극을 통하여 측정된 신호전류를 전압으로 변환시킨 디지털데이터값 중에서 상기 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압에 기인된 디지털데이터값만을 산출하여 적분 또는 미분 연산한 후 퓨리에변환하는 제2과정; 및 상기 퓨리에변환된 값으로 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 제3과정을 포함함을 특징으로 한다.
또한, 제2과정에서 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압에 기인된 디지털데이터값은 반응전위 인가 후 유입된 디지털데이터값과 소정의 시간의 간격 후 유입된 디지털데이터값과의 차이값으로서 산출됨을 특징으로 한다.
또한, 제1과정에서 상기 DC전압에 적분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 상대전극에 인가하면, 제2과정에서 디지털데이터값을 미분한 후 퓨리에변환하고, 제1과정에서 상기 DC전압에 미분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 상대전극에 인가하면, 제2과정에서 디지털데이터값을 적분한 후 퓨리에변환함을 특징으로 한다.
또한, 상기 적분된 dirac-delta함수의 전압 범위는 5 내지 25mV임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한, 고속 전기화학 임피던스 측정방법은 전해용액의 반응전위(reaction potential)인 DC전압을 생성하고, 소정의 시간 간격후에 상기 DC전압에 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압을 부가하는 제1과정; 상기 제1과정에서 생성된 DC전압과 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압을 순차적으로 전류로 변환하여 전해용액에 있는 상대전극에 인가하는 제2과정; 상기 전해용액을 통하여 작업전극에 흐르는 아날로그전압을 샘플링하여 디지털데이터로 변환시키는 제3과정; 상기 디지털데이터에서 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압에 기인된 디지털데이터값만을 산출하여 적분 또는 미분한 후 퓨리에변환하는 제4과정; 및 퓨리에변환된 값으로 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한, 고속 전기화학 임피던스 측정장치는 제어신호에 따라 전해용액의 반응전위인 DC전압을 생성하여 출력하고, 소정의 시간 후에 상기 DC전압에 스텝전압을 부가하여 출력하는 신호생성부; 상기 신호생성부의 신호를 유입하여 전해용액의 상대전극에 일정전압으로 인가하며, 기준전극을 통하여 작업전극에 소정의 전압이 인가되도록 제어하는 정전위부; 상기 작업전극을 통하여 유입된 전류를 전압으로 변환시키는 전류전압변환부; 상기 변환된 아날로그 전압을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환시키는 샘플링부; 상기 디지털 데이터를 상기 DC전압과 신호전압의 인가된 소정의 시간의 간격에 따라 각각 저장후 차이값을 산출하여 미분하며, 미분된 값을 퓨리에변환하여 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 중앙제어부를 포함함을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한, 고속 전기화학 임피던스 측정장치는 제어신호에 따라 전해용액의 반응전위인 DC전압을 생성하여 출력하고, 소정의 시간 후에 상기 DC전압에 스텝전압을 부가하여 출력하는 신호생성부; 상기 신호생성부의 신호를 유입하여 전해용액의 상대전극에 일정전류로 인가하며, 기준전극을 통하여 작업전극에 소정의 전압이 인가되도록 제어하는 정전류부; 상기 작업전극에서 측정된 아날로그 전압을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환시키는 샘플링부; 상기 디지털 데이터를 상기 DC전압과 신호전압의 인가된 소정의 시간의 간격에 따라 각각 저장후 차이값을 산출하여 미분하며, 미분된 값을 퓨리에변환하여 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 중앙제어부를 포함함을 특징으로 한다.
도 2a는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
이론상 dirac-delta함수(이하 델타함수로 칭함)(204)는 동일한 진폭과 동일한 위상차를 가지는 모든 주파수성분(202)을 포함한다. 이러한 델타함수의 특성을 이용하여 도 2a와 같이 모든 주파수의 델타함수의 전압을 전해용액(210)에 인가한 후 출력된 전류값을 퓨리에변환(206)하여 다양한 주파수성분(208) 특성에 대한 임피던스를 산출을 시도해볼 수는 있으나, 델타함수의 특성을 가지는 전압을 생성하는 것은 불가능하기 때문에 본 발명에서는 도 2a의 원리를 현실적으로 적용하기 위해 도 2b에 도시된 바와 같이 델타함수(212)의 적분함수인 스텝함수의 전압(214)을 인가한 후 작업전극(211)에서 측정된 전압(216)을 미분함으로써 원하는 이론적인 델타함수의 전압 인가시와 동일한 출력파형(218)을 얻을 수 있다. 도 2c는 스텝전압이 인가된 전해용액의 등가회로를 나타내며, 도 2c에서 진폭(V)의 스텝전압을 인가하고, 전해용액에서 이중층의 용량(double layer capacitance)을, 분극저항(polarization resistance)을, 용액저항(solution resistance)을로 정의하면, 다음 수학식 3이 적용될 수 있다.
여기서,는 이중층의 용량()에 걸리는 전압을 나타내며, 이중층의 용량() 사이에 흐르는 전류는이고는와 병렬로 접속되어 있으므로사이에 흐르는 전류는가 된다.수학식 3에 대한 미분방정식을에 대하여 해를 구하면 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 4로부터 전류를 계산하면 다음 수학식 5로 나타낼 수 있다.
수학식 5의 전류값을 측정을 위해 전압으로 변환시킨 다음 미분하면 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
여기서, 델타함수의 전압을 인가시킬 때와 실질적으로 동일한 결과를 얻을 수 있으며, 단지 상이한 점이 있다면 수학식 6은 단지 전압(V)의 진폭을 가지는 스텝함수의 전압을 도 2c에 도시된 등가회로에 인가했을 때의 결과이므로 델타함수로 계산하였을 때보다 전압(V)만큼의 배수가 되는 것이 다르다. 또한, 상기 수학식 3 내지 수학식 6에서는 델타함수 전압을 적분한 값을 인가한 후 출력전류를 미분하였으나, 델타함수의 전압을 미분하여 전해용액(210)에 인가한 후 출력전류를 다시 적분하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 수학식 6을 퓨리에변환하면 수학식 7로 나타낼 수 있다.
여기서, 전압로 수학식 7로 나누면 수학식 7과 같이 임피던스를 산출할 수 있다.
여기서,,,는 주파수에 따른 각각의 임피던스와 전압, 전류를 나타낸다. 수학식 8에서, 전압의 진폭은를 미분한 함수인의 전압을 가한 것과 같으므로값으로 일정하며, 진폭이인 스텝함수를 가했을 때, 이를 미분한 신호를 주파수축에서 나타내면 주파수에 상관없이인 값을 갖게 된다. 따라서,를 전류의 식으로 나눈 값이 구하고자 하는 임피던스가 되며 이 결과는 이론치의 델타함수의 전압을 인가하였을 때와 동일함을 알 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 고속 전기화학 임피던스측정 장치에 대한 개괄적인 블록도이다.
도 3에 도시된 장치는 제어신호에 따라 소정의 스텝전압과 전해용액의 반응전위인 DC전압을 생성하여 DC전압을 출력하거나 스텝전압과 DC전압을 더하여 출력하는 신호전압생성부(300), 신호전압생성부(300)에서 전송된 신호전압을 고속으로 안정된 신호전압으로 전해용액에 인가시키는 정전위기(potentiostat)(302), 정전위기(302)에서 인가된 신호전압을 유입하는 상대전극(counter electrode)(304), 신호전압의 전해용액에 정확히 인가되는지를 체크하기 위한 기준전극(reference electrode)(306), 상대전극(304)에서 인가된 신호전압에 따라 전해용액을 통하여 흐르는 전류를 측정하기 위한 작업전극(working electrode)(303), 작업전극(303)으로부터 유입된 전류를 전압으로 변환시키는 전류/전압변환기(310), 전류/전압변환기(310)에서 변환된 전압을 샘플링하여 디지털데이터로 변환시키는 디지털오실로스코프(312), 신호전압생성부(300)를 제어하며, 디지털오실로스코프(312)로부터 전송된 샘플링된 신호를 유입하여 샘플링된 신호를 미분한 다음 퓨리에변환(fourier transform)하여 각 DC전압에 따라 산출된 전해용액의 임피던스 특성을 모니터(314)에 디스플레이하는 컴퓨터(116)를 구비한다.
도 3에 도시된 장치에 따른 동작을 자세히 살펴보면, 신호전압생성부(300)는 컴퓨터(316)의 제어신호에 따라 전해용액에 반응이 일어나는 예컨대 반응전위(reaction potential)인 DC전압을 생성하여 출력하고, 소정시간 후 약 5 내지25 mV의 범위 내의 스텝전압을 상기 DC전압에 가산하여 정전위기(302)에 전송한다. 정전위기(302)는 유입한 신호전압을 고속으로 안정된 신호전압으로 전기화학셀(308)내의 상대전극(304)에 인가하며, 기준전극(306)의 전압을 체크하여 상대전극(306)의 전압을 제어하여 전해용액을 통하여 작업전극(303)에 정확한 전압이 인가될 수 있도록 한다. 작업전극(303)을 통하여 유입된 전류는 전류/전압변환부(310)에서 전압으로 변환된 다음 샘플링부로서 구동되는 디지털오실로스코프(312)에 전송된다.
디지털오실로스코프(312)는 반응전위만 인가되었을 때와 반응전위에 스텝전압이 부가되어 인가되었을 때의 아날로그 전압신호를 각각 샘플링한 제1, 제2샘플링데이터를 예컨대 RS-232C 직렬포트를 통하여 컴퓨터(316)에 전송한다. 컴퓨터(316)는 유입된 제1, 제2샘플링데이터를 저장후 제2샘플링데이터와 제1샘플링데이터의 차를 구하여 실제 측정하고자 하는 스텝전압에 기인된 샘플링데이터를 구한 후, 수학식 9를 통하여 미분한다.
여기서, D(n)는 n번째 미분값이며, V(n+1)는 n+1번째 측정된 값, V(n)는 n번째 측정된 값, T는 샘플링 주기를 나타낸다.
수학식 9를 적용하여 미분된 신호는 프리에변환 프로그램을 통하여 퓨리에변환되면, 실제로 얻어진 신호는 아날로그신호가 아니라 디지털신호이므로 적분 형태는 수열의 합으로 표현된다. 디지털적으로 퓨리에변환하는 방법에는 여러 종류가 있으나 본원 발명에서는 DTFT(discrte time fourier transform)을 적용하여 수학식 10과 같이 연산된다.
여기서, n은 샘플링된 데이터의 숫자를 나타낸다.
이 방식은 시간축에서 샘플링된 이산적인 값을 연산하여 연속적인 주파수 스펙트럼을 얻을 수 있다. 또한, 컴퓨터(316)는 신호전압생성부(300)를 제어하여 변경된 반응전위에서 스텝전압을 인가되도록 하여, 각각 다른 반응전위에서의 전해용액의 임피던스를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 0.05M(모올)의시약에 0.5M의의 전해질을 가한 전해용액을 사용하였으며, 작업전극(303)은 2mm 지름의 백금전극을 사용하였으며, 기준전극(306)은를 사용하였다.
도 4a는 각각의 DC전위에 스텝전압을 가했을 했을 때와 스텝전압을 가하지 않았을 때의 전류차를 나타낸 것이며, 도 4b는 단계별로 DC전위를 바꾸어 인가한 상대전극(304)에 스텝전압을 부가하였을 때의 작업전극(303)에 흐르는 전류값을 나타낸다. 여기서, 전류의 최대값에 도달한 뒤 그 이상의 전위에서는 전해용액과 작업전극(303)의 전기이중층에서 물질전달의 한계에 의해 전류가 감소하는 것을 알 수 있다.
도 4c는 도 4b에 도시된 DC 610mV가 인가된 전해용액에 부가된 스텝전압을 작업전극(303)에 인가시켜 흐르는 전류를 미분한 파형이며, 도 5는 도 3의 장치에서 각각의 DC전압값에 부가한 스텝전압에 따른 전류반응을 프리에변환하여 산출한 임피던스를 나타낸다. 도 5에서, 각 원호 궤적의 좌측단의 값은 고주파성분 전압에 대한 전해용액의 임피던스로서 도 2c의 등가회로의 저항 ()값이 되며, 각 원호 궤적의 우측단의 값은 DC 성분에 근접한 전압만 인가되었을 때의 전해용액의 임피던스로서 분극저항()값과 전해용액의 저항()값의 합이 된다.
상술한 도 3의 장치에서는 DC와 스텝전압을 전해용액에 인가한 후 출력된 전류를 전압으로 변환한 후 미분하여 퓨리에변환을 하였으나, 정전위기(302) 대신에 미도시된 정전류기를 통하여 신호전압생성부(300)에서 생성된 신호를 미분 또는 적분된 델타함수의 일정전류로 변화시켜 전해용액에 인가한 후 작업전극에서 측정된 전압을 그대로 샘플링하여 역으로 적분 또는 미분하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
또한, 모든 주파수 성분을 포함하는 델타함수의 전압을 미분 또는 적분하여 인가하고 출력된 신호를 퓨리에변환하는 본 발명으로부터 다양한 변형된 실시예가 수행될 수 있음은 당업자에게는 자명한 일이다.
본 발명에 의하면, 동일한 진폭과 위상을 가지는 모든 주파수 성분을 동시에 전해용액에 가하여 출력되는 신호를 퓨리에변환하여 각각의 주파수 성분으로 분리한 후, 주파수에 따른 진폭변화와 위상변화를 측정하여 임피던스 스텍트럼을 얻음으로써, 고속으로 전해용액의 임피던스를 측정할 수 있다. 또한, 전해용액에 반응전위만을 인가 한 다음, 그 반응전위에 스텝전압을 부가하여 인가하는 시간 간격차에 따라 산출된 임피던스들을 조사함으로써 전해용액에서의 물질이동과 전자이동이 임피던스 측정에 미치는 정도를 효과적으로 파악할 수 있다. 또한, 반응전위와 스텝전압을 전류로서 상대전극을 통하여 전해용액에 인가한 후 작업전극에 측정된 전압을 프리에변환하여 동일한 정보를 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 상대전극을 통하여 전해용액의 반응전위(reaction potential)인 DC전압을 전해용액에 인가하고, 소정의 시간 간격후에 상기 DC전압에 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 전해용액에 인가하는 제1과정;
    상기 전해용액에 있는 작업전극을 통하여 측정된 신호전류를 전압으로 변환시킨 디지털데이터값 중에서 상기 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압에 기인된 디지털데이터값만을 산출하여 적분 또는 미분 연산한 후 퓨리에변환하는 제2과정; 및
    상기 퓨리에변환된 값으로 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 제3과정을 포함함을 특징으로 하는 고속 전기화학 임피던스 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제2과정에서 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압에 기인된 디지털데이터값은 반응전위 인가시에 산출된 디지털데이터값과 소정의 시간 경과후 상기 신호전압 인가시에 산출된 디지털데이터값의 차이값으로서 산출됨을 특징으로 하는 고속 전기화학 임피던스 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제1과정에서 상기 DC전압에 적분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 상대전극에 인가하면, 제2과정에서 디지털데이터값을 미분한 후 퓨리에변환하고, 제1과정에서 상기 DC전압에 미분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 상대전극에 인가하면, 제2과정에서 디지털데이터값을 적분한 후 퓨리에변환함을 특징으로 하는 고속 전기화학 임피던스 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적분된 dirac-delta함수의 전압 범위는 5 내지 25mV임을 특징으로 하는 고속 전기화학 임피던스 측정 방법.
  5. 전해용액의 반응전위인 DC 전압을 생성하고, 소정의 시간 간격후에 상기 DC전압에 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압을 부가하는 제1과정;
    상기 DC전압과 상기 DC전압에 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 순차적으로 전류로 변환하여 상대전극을 통하여 전해용액에 인가하는 제2과정;
    상기 전해용액을 통하여 작업전극에 인가된 아날로그전압을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환시키는 제3과정;
    상기 디지털데이터로 변환된 전압에서 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전류에 기인된 디지털데이터값만을 산출하여 적분 또는 미분한 후 퓨리에변환하는 제4과정; 및
    퓨리에변환된 값으로 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 고속 전기화학 임피던스 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    제4과정에서 미분 또는 적분된 dirac-delta함수의 전류에 기인된 디지털데이터값은 상기 DC전압과 상기 신호전압으로부터 변환시킨 전류를 각각 소정의 시간간격을 두고 상대전극에 인가하고 상기 작업전극을 통하여 각각 측정된 아날로그전압의 디지털데이터의 차이값으로서 산출됨을 특징으로 하는 고속 전기화학 임피던스 측정 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    제1과정에서 상기 DC전압에 적분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 상대전극에 인가하면, 제4과정에서 디지털데이터값을 미분한 후 퓨리에변환하며, 제1과정에서 상기 DC전압에 미분된 dirac-delta함수의 전압이 부가된 신호전압을 상대전극에 인가하면, 제4과정에서 디지털데이터값을 적분한 후 퓨리에변환함을 특징으로 하는 고속 전기화학 임피던스 측정 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 적분된 dirac-delta함수의 전압 범위는 5 내지 25mV임을 특징으로 하는 고속 전기화학 임피던스 측정 방법.
  9. 제어신호에 따라 전해용액의 반응전위인 DC전압을 생성하여 출력하고, 소정의 시간 후에 상기 DC전압에 스텝전압을 부가하여 출력하는 신호생성부;
    상기 신호생성부의 신호를 유입하여 전해용액의 상대전극에 일정한 전압으로 인가하며, 기준전극을 통하여 작업전극에 소정의 전압이 인가되도록 제어하는 정전위부;
    상기 작업전극을 통하여 유입된 전류를 전압으로 변환시키는 전류전압변환부;
    상기 변환된 아날로그 전압을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환시키는 샘플링부;
    상기 디지털 데이터를 상기 DC전압과 신호전압의 인가된 소정의 시간의 간격에 따라 각각 저장후 차이값을 산출하여 미분하며, 미분된 값을 퓨리에변환하여 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 중앙제어부를 포함함을 특징으로 하는 고속 전기 화학 임피던스 측정 장치.
  10. 제어신호에 따라 전해용액의 반응전위인 DC전압을 생성하여 출력하고, 소정의 시간 후에 상기 DC전압에 스텝전압을 부가하여 출력하는 신호생성부;
    상기 신호생성부의 신호를 유입하여 전해용액의 상대전극에 일정한 전류로 인가하며, 기준전극을 통하여 작업전극에 소정의 전압이 인가되도록 제어하는 정전류부;
    상기 작업전극에서 측정된 아날로그 전압을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환시키는 샘플링부;
    상기 디지털 데이터를 상기 DC전압과 신호전압의 인가된 소정의 시간의 간격에 따라 각각 저장후 차이값을 산출하여 미분하며, 미분된 값을 퓨리에변환하여 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 중앙제어부를 포함함을 특징으로 하는 고속 전기 화학 임피던스 측정 장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010008137A2 (ko) * 2008-07-15 2010-01-21 주식회사 아이센스 바이오센서를 이용한 단백질 측정 장치
KR101350809B1 (ko) 2012-10-05 2014-01-23 사단법인 전북대학교자동차부품금형기술혁신센터 슈퍼 캐패시터 분석용 전기화학임피던스 분석 장치 및 방법
KR101386344B1 (ko) 2013-05-10 2014-04-16 부경대학교 산학협력단 푸리에 변환 전기화학 임피던스의 실시간 모니터링장치 및 방법
KR101396625B1 (ko) 2013-05-10 2014-05-19 부경대학교 산학협력단 전류 신호를 이용한 푸리에 변환 전기화학 임피던스 측정장치 및 방법

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100317598B1 (ko) * 1999-03-13 2001-12-22 박찬구 라플라스 변환 임피던스 측정방법 및 측정장치
US7915860B2 (en) * 2003-12-30 2011-03-29 Batterycorp, Inc. Battery management system with runtime reserve analysis
US7616002B2 (en) * 2003-12-30 2009-11-10 Batterycorp, Inc. Battery management system and apparatus with anomaly reporting
US7088115B1 (en) * 2004-12-16 2006-08-08 Battelle Energy Alliance, Llc Electrochemical impedance spectroscopy system and methods for determining spatial locations of defects
EP1842052A1 (en) * 2005-01-26 2007-10-10 Rapid Laboratory Microsystems Inc. Method, system and device for obtaining electrochemical measurements
US20070141937A1 (en) * 2005-12-15 2007-06-21 Joerg Hendrix Filament-meltblown composite materials, and methods of making same
KR100859768B1 (ko) * 2007-04-16 2008-09-24 전북대학교산학협력단 고속 임피던스 및 질량변화 복합측정기 및 측정방법
JP5132206B2 (ja) * 2007-06-28 2013-01-30 三洋電機株式会社 非水電解質電池用セパレータの評価方法
JP2013513790A (ja) * 2009-12-09 2013-04-22 アイティーアイ・スコットランド・リミテッド 検体の検出
CN102192942B (zh) * 2011-03-15 2013-10-16 广东省生态环境与土壤研究所 一种快速测定水溶性有机物电子转移能力的方法
EP2729061B8 (en) * 2011-09-13 2018-10-24 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Patient serum/plasma sample resistivity for electrolyte result verification
WO2013074702A1 (en) 2011-11-15 2013-05-23 Ashwin-Ushas Corporation, Inc. Complimentary polymer electrochromic device
US9658291B1 (en) 2012-10-06 2017-05-23 Hrl Laboratories, Llc Methods and apparatus for dynamic estimation of battery open-circuit voltage
US9417290B1 (en) * 2012-10-06 2016-08-16 Hrl Laboratories, Llc Methods and apparatus for dynamic characterization of electrochemical systems
US9207515B2 (en) 2013-03-15 2015-12-08 Ashwin-Ushas Corporation, Inc. Variable-emittance electrochromic devices and methods of preparing the same
US10222426B2 (en) * 2013-06-14 2019-03-05 Hrl Laboratories, Llc Double-pulse technique for on-line diagnostics of electrochemical systems
US9880061B2 (en) * 2013-06-14 2018-01-30 Hrl Laboratories, Llc Methods and apparatus for sensing the internal temperature of an electrochemical device
US9847558B1 (en) 2013-10-11 2017-12-19 Hrl Laboratories, Llc Methods and apparatus for real-time characterization of batteries with a reference electrode
US9742042B2 (en) 2013-11-23 2017-08-22 Hrl Laboratories, Llc Voltage protection and health monitoring of batteries with reference electrodes
US10371753B1 (en) 2013-12-20 2019-08-06 Hrl Laboratories, Llc Methods for online estimation of battery capacity and state of health
US9989595B1 (en) 2013-12-31 2018-06-05 Hrl Laboratories, Llc Methods for on-line, high-accuracy estimation of battery state of power
JP6370581B2 (ja) * 2014-03-28 2018-08-08 学校法人早稲田大学 電気化学解析装置および電気化学システム
WO2016043361A1 (ko) * 2014-09-17 2016-03-24 주식회사 아이센스 생체시료 내 분석대상물질의 농도측정방법 및 측정장치
CN104569102B (zh) * 2015-02-04 2018-04-06 苏州市玮琪生物科技有限公司 检测血液微量信号的生物传感电极和方法
US9632059B2 (en) 2015-09-03 2017-04-25 Ashwin-Ushas Corporation, Inc. Potentiostat/galvanostat with digital interface
US9482880B1 (en) 2015-09-15 2016-11-01 Ashwin-Ushas Corporation, Inc. Electrochromic eyewear
CN110118942A (zh) * 2019-05-22 2019-08-13 北京科技大学 一种锂电池电化学极化阻抗的检测方法
CA3146377A1 (en) 2019-07-11 2021-01-14 Essam Samir ELSAHWI System and method for determining the impedance properties of a load using load analysis signals
CN111982998A (zh) * 2020-08-25 2020-11-24 上海第二工业大学 一种重金属电化学分析仪及其检测方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6151969A (en) * 1998-07-14 2000-11-28 Southwest Research Institute Electromechanical and electrochemical impedance spectroscopy for measuring and imaging fatigue damage

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010008137A2 (ko) * 2008-07-15 2010-01-21 주식회사 아이센스 바이오센서를 이용한 단백질 측정 장치
WO2010008137A3 (ko) * 2008-07-15 2010-02-11 주식회사 아이센스 바이오센서를 이용한 단백질 측정 장치
KR101005559B1 (ko) * 2008-07-15 2011-01-05 주식회사 아이센스 바이오센서를 이용한 단백질 측정 장치
KR101350809B1 (ko) 2012-10-05 2014-01-23 사단법인 전북대학교자동차부품금형기술혁신센터 슈퍼 캐패시터 분석용 전기화학임피던스 분석 장치 및 방법
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