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ガルバノスタットのメーカー10社一覧や企業ランキングを掲載中！ガルバノスタット関連企業の2025年7月注目ランキングは1位:インターケミ株式会社となっています。 ガルバノスタットの概要、用途、原理もチェック！
ガルバノスタットとは、電気化学における装置の1つです。
この装置はサンプルに電圧を加えることで化学反応を引き起こしたり、化学反応によって生じる物理量の変化を検出します。ガルバノスタットは、同じく電気化学における測定装置であるポテンショスタットとセットで利用するのが一般的です。
これら2つの装置は試料極と対極、参照極の3種類の電極を含むセルを制御します。ポテンショスタットとガルバノスタットで制御するものは異なり、前者は電圧を、後者は電流を制御しています。
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ガルバノスタットとは、電気化学における装置の1つです。
この装置はサンプルに電圧を加えることで化学反応を引き起こしたり、化学反応によって生じる物理量の変化を検出します。ガルバノスタットは、同じく電気化学における測定装置であるポテンショスタットとセットで利用するのが一般的です。
これら2つの装置は試料極と対極、参照極の3種類の電極を含むセルを制御します。ポテンショスタットとガルバノスタットで制御するものは異なり、前者は電圧を、後者は電流を制御しています。
ガルバノスタットは、クロノポテンショメトリーや電池の放充電試験で用いられます。
電位の時間変化を追跡してデータを測定する方法です。一般的には試料極に一定の電流を流し、試料極と電解液の間に流れがない状態で電気化学反応に関するパラメータを取得します。
得られるパラメータには酸化還元反応に関係する物質の濃度や、拡散係数があります。電解液中に存在する成分の酸化還元反応を扱うため、本測定の電極には溶けてイオンになりにくい白金が用いられます。
電池には一次電池と二次電池が存在します。一次電池は使い切りの電池であり放電のみ可能です。一方で二次電池は放電と充電が可能で繰り返し使うことが可能な電池です。
放充電の性能を評価するために、ガルバノスタットが用いられます。放充電可能な電池として、リチウムイオン電池が挙げられます。リチウムイオン電池は、スマホやハイブリッド車の電池として用いられています。
ガルバノスタットは、測定対象物はもちろんのこと信号発信機やPCも測定で必要です。信号発信機には周波数応答アナライザ (FRA) が使われます。FRAは周波数が一定のサインカーブを加えます。FRAから出力されたサインカーブが、ガルバノスタットに入力されて電圧が生じます。そして、ガルバノスタット内で発生した電圧によって測定対象物に電流が流れ、サンプルから発信された応答信号がガルバノスタットに入力され仕組みです。
ガルバノスタットに入力された信号は波に変換され、FRAに入力されます。この時入力したsin波から位相がω (オメガ) だけずれたsin (ω) 波が生じます。なお、位相のずれは測定対象物により異なります。
sin (ω) 波はFRA内でフーリエ変換され、測定周波数の成分だけが取り出されます。最後に、フーリエ変換で抜き出したデータがPCに送られます。この値をモニタリングすると、パラメータを定量的に評価することが可能になります。
FRA (Frequency Response Analyzer) は周波数特性分析器とも呼ばれ、正弦波信号を被測定物に与えてその周波数応答を見る装置です。FRAはインピーダンスを求める手法として単一正弦波測定法 (SSC: Single Sine Correlation) と呼ばれるデジタル相関法を採用しています。
基本振幅精度0.1%、基本位相精度0.1度と非常に高精度での測定が可能であり、FRAは電気化学測定用途では最も使用される測定法です。測定対象物から返ってくる応答信号は入力信号周波数のみならず、他の周波数成分も含んだ信号です。
FRAは入力信号周波数のみの周波数を取得するために入力信号と同位相のSin波及び位相を90度ずらしたSine波を応答信号に掛け合わせています。実数成分と虚数成分に分けることで応答信号中の入力信号と同一周波数成分の取得が可能です。
FRAの特徴の1つに、ノイズ除去機能に優れている点が挙げられます。FRAは単一正弦相関法一回の測定で高周波成分を-60dB以下にすることが可能で、積分回数を増やすことでさらなるノイズ成分の除去ができます。分析したい信号がノイズ以下の振幅であっても抽出することが可能です。
計測できる周波数範囲が (10uHz〜1MHz) と広い範囲を有する点もメリットです。内部の発振器の出力も含めてデジタル処理しているため、波形歪がありません。
参考文献
https://www.seika-di.com/measurement/material/potentiostat.html
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sfj/68/5/68_270/_pdf/-char/ja
https://www.basj.com/glossary.html
https://www.jstage.jst.go.jp/article/electrochemistry/67/11/67_1084/_pdf
https://www.jstage.jst.go.jp/article/electrochemistry/80/1/80_1_57/_pdf
https://www.infuse-net.com/articles/articles003.html
