Die elektrochemische Impedanzspektroskopie ist eine quasistationäre elektrochemische Untersuchungsmethode, bei der an das zu untersuchende elektrochemische System ein sinusförmiges Anregungssignal (Eingangssignal) mit hinreichend kleiner Amplitude angelegt wird. Dabei antwortet das System ebenfalls mit einem sinusförmigen Ausgangssignal mit derselben Frequenz, aber unterschiedlicher Amplitude und Phase. Aus dem Verhältnis zwischen Anregungssignal und Systemantwort wird die komplexe Impedanz des Systems berechnet. Über die Variation der Anregungsfrequenz in einem breiten Frequenzbereich kann ein Impedanzspektrum aufgenommen werden. Üblicherweise wird eine Wechselspannung mit einer Amplitude zwischen 2 mV und 10 mV im Frequenzbereich von 1 mHz bis 1 MHz angelegt und die frequenzabhängige Wechselstromantwort des Systems gemessen. Bei der Auswertung der gemessenen Impedanzspektren versucht man, die systemspezifischen physikalischen Parameter des elektrochemischen Systems durch ein Ersatzschaltbild zu beschreiben, welches denselben Frequenzverlauf wie das gemessene Spektrum aufweist. Ein Ersatzschaltbild besteht aus einer Parallel- und/oder Serienverknüpfung von verschiedenen Impedanzelementen, wie Widerstände, Kondensatoren und Spulen. Nacheinander ablaufende Reaktionen oder Teilreaktionen werden durch eine Serienschaltung der einzelnen Impedanzelemente beschrieben, wobei parallel ablaufende Elektrodenvorgängen als Parallelschaltung dargestellt werden. Im Falle von porösen Elektroden ist das Ersatzschaltbild komplexer aufgebaut.
Entwickelt wurde die Impedanzspektroskopie zur Bestimmung von kinetischen Parametern verschiedener elektrochemischer Reaktionen an glatten Mikroelektroden mit definierter Oberflächenqualität und Strömen im Bereich von µA bis mA, wie sie z.B. bei der Korrosionsforschung, Sensorentwicklung, Halbleiterforschung, sowie Metallabscheidung auftreten. Erste elektrochemische Untersuchungen von Elektrodenvorgängen mit Wechselstrom wurden bereits von Wheatstone (1802-1875) durchgeführt.Eine rasante Verbreitung der EIS als allgemein zugängliche Meßmethode erfolgte erst in den letzten 20 Jahren, als rechnergesteuerte Messgeräte zur Aufnahme von Impedanzspektren und Auswertesoftware für die numerische Lösung von Transferfunktionen erhältlich wurden.
In der Brennstoffzellenforschung werden in-situ Messungen an in Betrieb befindlichen Brennstoffzellen durchgeführt, oft bei hohen Strömen bis zu 100 A. Durch Variation der Betriebsbedingungen werden den einzelnen Impedanzelementen elektrochemische oder auch physikalische Vorgänge zugeordnet und somit können alle in der Brennstoffzelle ablaufenden Prozesse beschrieben werden. EIS wird an Halbzellen, Vollzellen und an segmentierten Zellen durchgeführt, dabei werden verschiedenen Vorgänge wie Alterung der Zellen (Elektroden und Zellkomponenten), Vergiftung (Desaktivierung) des Katalysators, Durchtrittsreaktion an der Phasengrenze Elektrode/Elektrolyt, Diffusionsvorgänge beobachtet und quantitativ erfasst