Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) – Präzise Impedanzmessung mit REGATRON
EIS liefert tiefe Einblicke in elektrochemische Prozesse von Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseuren. Die REGATRON G5 Serie kombiniert hohe Modulationsfähigkeit, bidirektionalen
Betrieb und integrierten Funktionsgenerator – ideal für Forschung, Entwicklung und Prozessüberwachung.
Auf einen Blick – Ihre Vorteile
- Höchste Signalqualität: Rauscharm, stabil, reproduzierbar für verlässliche EIS-Analysen.
- Bidirektionaler Betrieb: Laden/Entladen inklusive, breiter Frequency Sweep für präzise Kurven.
- Echtzeit-Datenverarbeitung: Kontinuierliche Erfassung und Auswertung während des Tests.
- Mehr Sicherheit, weniger Aufwand: Aussagekräftige Diagnosen ohne Eingriffe in reale Systeme.
- Skalierbar: Von Zellen/Modulen bis zu großen Stacks und Pack-Systemen.
Technische Highlights der REGATRON G5 Serie für EIS
- Modulationsfähigkeit & Signalqualität: präzise AC-Überlagerung für EIS mit minimalem Störanteil.
- Breites Frequenzspektrum: fein auflösbare Sweeps über weite Bereiche.
- Integrierter Funktionsgenerator: definierte Stimuli (Sinus u. a.) für reproduzierbare Messungen.
- Einstellbare Dynamik/Stabilität: wählbare Ausgangskapazität (Low/High) und optimierte Regelparameter.
- Systemfähigkeit: umfangreiche Schnittstellen und Datenlogging für Labor & Prüfstand.
Funktionsprinzip: So funktioniert EIS
Bei der Elektrochemische Impedanzspektroskopie wird ein kleiner Wechselstrom auf den Arbeitsstrom des Device Under Test (z. B. Batterie‑Stack) moduliert. Aus Phasenverschiebung zwischen Strom und Zellspannung sowie den Messwerten berechnet das System die Impedanz in Echtzeit. Über mehrere Modulationsfrequenzen entsteht so ein vollständiges Impedanzprofil (Bode/Nyquist), das den Zustand des elektrochemischen Systems abbildet.
Hinweis: Jedes elektrochemische System besitzt ein charakteristisches Impedanzmuster. Veränderungen weisen auf Alterung, Degradation oder Fehlfunktionen hin – ideal für R&D, Qualitätssicherung und Prozessmonitoring.
Typischer EIS‑Messaufbau
- DUT: Batterie-/Zellmodul, Brennstoffzellen‑Stack oder Elektrolyseur.
- G5.RSS DC‑Quelle (bidirektional): führt den Laststrom und überlagert den AC‑Stimulus.
- Mess- & Analyse-Peripherie: Datenerfassung, Kurvenanalyse, Reporting.
Das Bild zeigt einen typischen EIS-Messaufbau, bestehend aus einem Brennstoffzellen-DUT-Stack, einem bidirektionalen DC-Netzgerät der Serie REGATRON G5.RSS sowie einer Messperipherie mit Datenerfassung und Analysewerkzeugen.
Die G5-Stromquelle übernimmt dabei gleichzeitig den Laststrom der Brennstoffzelle (roter Pfeil) und moduliert diesen mit dem für die Impedanzmessung erforderlichen Wechselstrom.
Bemerkenswert ist, dass jeder elektrochemische Prozess ein eigenes charakteristisches Impedanzprofil aufweist. Durch den Vergleich der Impedanzkurven der aktiven Zellen lassen sich aussagekräftige Rückschlüsse auf den „Gesundheitszustand“ des Stacks ziehen. Diese Tatsache kann sowohl für Testzwecke als auch in Forschung und Entwicklung sowie zur engmaschigen Prozessüberwachung genutzt werden.
Die Vorteile des EIS
Die EIS-Methode bietet eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber den heute gebräuchlichen Methoden, die auf der Bestimmung des Zellwiderstandes und dessen Grenzwertüberwachung basieren:
Wesentlich präzisere und vielseitigere Einblicke in das elektrochemische System, u.a. Aussagen über den Ladungsfluss, Zustand der Elektroden, Zustand des Elektrolyten, Innenwiderstand und komplexe Impedanzen
Hohe Empfindlichkeit: Schon kleine Prozessabweichungen auf Ionenebene verursachen einen Fußabdruck im EIS-Spektrogramm und ermöglichen so Analysen im Bereich der Elektroden-Elektrolyt-Wechselwirkungen
Die EIS-Methode ist für den untersuchten Prozess zerstörungsfrei und läuft parallel zum eigentlichen elektrochemischen Hauptprozess
Gute Übertragbarkeit der Methode auf eine Vielzahl von elektrochemischen Prozessen in den Bereichen Batterien, Brennstoffzellen, Elektrolyseure
Die hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse ermöglicht die Gewinnung quantitativer Daten für die weitere Analyse durch Chemiker und F&E-Spezialisten
EIS ist die Methode der Wahl, wenn es um die feinmaschige Überwachung elektrochemischer Prozesse, die Bestimmung von Degradation und Drift sowie die Identifizierung von Ausfallmechanismen geht
Anwendungsfelder
- Batterien: Zustandsdiagnose (SoH), Verlustmechanismen, Polarisationseffekte, Zellabgleich.
- Brennstoffzellen: Elektroden- und Membranzustand, Wasserstoffmanagement, Degradationspfade.
- Elektrolyseure: Effizienzanalysen, Prozessüberwachung, Fehlersuche.
- R&D & QS: Validierung, Charakterisierung, Parameter‑Optimierung ohne Anlagenstillstand.
Warum EIS statt reiner Widerstandsmessung?
- Tiefere Einblicke: Frequenzabhängige Analyse zeigt Prozesse, die ein Einzelwert (R) nicht erfasst.
- Frühwarnsystem: Früherkennung von Fehlfunktionen und Degradationsmechanismen.
- Bessere Entscheidungen: Fundierte Basis für Design, Betrieb und Instandhaltung.
Warum REGATRON Geräte für EIS
Die EIS erfordert eine besonders hohe Modulationsfähigkeit der Laststromquelle. Im Interesse einer guten Signalqualität muss sie vollständig bidirektional arbeiten können und über einen integrierten Funktionsgenerator mit einem sehr weiten Frequenzbereich verfügen. Es muss systemfähig sein, um den umfangreichen Datenverkehr von und zur Testumgebung zu bewältigen. Die REGATRON G5-Gerätefamilie hat sich aufgrund ihrer sprichwörtlichen Genauigkeit und elektrischen Stabilität sowie der Vielzahl an nützlichen Schnittstellen als empfohlene Systemquelle in der praktischen EIS-Anwendung etabliert.
Passende Produkte
G5.RSS Series
Die Serie G5.RSS integriert die Spitzentechnologie von Regatron in einem kompakten, platzsparenden Design. Sie zeichnet sich durch ein schnelles Einschwingverhalten (50…100 µs), Welligkeitsmodulation bis zu 10 kHz und hochpräzise Strom- und Spannungsregelung aus. Seine schaltbare Ausgangskapazität gewährleistet Stabilität und maximale Dynamik sowohl im CV- als auch im CC-Modus. Er eignet sich ideal für eine breite Palette anspruchsvoller Labor- und Industrieanwendungen, einschließlich Tests gemäß den Automobil- und Industriestandards EIS, P-HIL und mehr.
- Power Range: 0…9 to 0…5000+ kW
- Voltage Range: 0…60 to 0…3000 VDC
G5.BT Series
Spezialisierter 1- bis mehrkanaliger Tester / Cycler für Batteriemodule und -packs mit einstellbarer, hoher Dynamik (50…100 µs), hervorragender Genauigkeit und anwendungsspezifischen Sicherheitsfunktionen. Er verfügt über einen doppelten Messbereich für höchste Genauigkeit und die Software G5.BatControl. Mobile Gestelle mit Schutzart IP20 oder IP54 sind erhältlich. Optimiert für verschiedene Batterietestanwendungen und EIS.
- Power Range: 0…9 to 0…5000+ kW
- Voltage Range: 0…60 to 0…3000 VDC
Wir sind hier, um Sie zu unterstützen
Erleben Sie unser Engagement für eine hervorragende Kundenbetreuung in jeder Phase – vor, während und nach Ihrem Kauf. Profitieren Sie von unseren kostenlosen Beratungsleistungen von Anfang an, um die ideale Lösung für Ihre Bedürfnisse zu finden.
Für zusätzliche Flexibilität können ausgewählte Stromversorgungen auch zur Miete angeboten werden. Bitte kontaktieren Sie REGATRON, um Ihre spezifischen Anforderungen zu besprechen und die Verfügbarkeit für Ihre Anwendung zu prüfen.
EIS-Solution Für Batterie und Brennstoffzellen
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