AN-BAT-008
2019-01
【技術資料】EISによるコイン型電池の4端子・2端子接続の比較評価
Introduction
図1 に示すMetrohm Autolab DuoCoin Cell Holderは、コイン型電池の電気化学実験を行うために開発されました。
DuoCoin Cell Holderには、最大厚さ3.2 mm、最大直径24 mmのコイン型電池を最大2個収容できます。DuoCoin Cell Holderに収容できる代表的なコイン型電池のサイズは、CR2016、CR2020、CR2025、CR2032、CR2325、CR2330です。DuoCoin Cell Holderの各コネクターは、電池に直接接続されています。そのため、電位を検出するリード線と電流を流すリード線が分離されており、配線のインピーダンスによる電圧降下が最小限に抑えられます。
このアプリケーションノートでは、電気化学インピーダンス分光法(EIS)を用いて市販の電池を試験します。比較として、4電極構成で得られた結果を、REリードとCEリード、ならびにWEリードとSリードをそれぞれ接続した2電極構成で得られた結果と比較します。
リードの接続方法の違いにより、測定されるインピーダンス値が異なります。
結果と考察
図3 では、4電極構成で行った測定のナイキストプロット(赤のドット)を、2電極構成で得られた結果(青と赤のドット)と比較しています。
2電極構成では、WEリードとSリードを互いに接続し、CEリードとREリードを互いに接続してEIS測定を行います。その結果、REリードとSリードが電池に近い側になります(青のドット)。リードの接続を入れ替えた別の測定も行いました。この測定では、SリードとWEリードを互いに接続し、REリードとCEリードを互いに接続しており、WEリードとCEリードが電池に近い側になります(緑のドット)。
2つの2リード構成の間には顕著な差は見られませんが、4端子構成に対応するナイキストプロットは、2端子構成によるナイキストプロットと比べて、低インピーダンス側にシフトしています。図4では、図3の高周波数領域を拡大しており、約170 mΩのインピーダンスの差が示されています。
ただし、その差は低周波数領域でより顕著であり、図5に示すように、半円の終点における4端子構成と2端子構成のインピーダンスの差は約 2 Ωです。
最後に、4端子センシング構成の使用が重要となるのは、電池のような低インピーダンスのデバイスを調べる場合のみであることに留意する必要があります。これは、全体のインピーダンスに対する配線の寄与が小さいためです。
まとめ
DuoCoin Cell Holderを紹介しました。市販のコイン型電池に対してEIS測定を行いました。4端子構成と2端子構成のインピーダンスの違いが示され、低インピーダンスのDUTを調べる場合には、直接的な4端子構成を備えることが重要であることが明らかになりました。
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