توضیحات
دستگاه‌های پتانسیواستات/گالوانواستات، که در برخی مدل‌ها به همراه ماژول اندازه‌گیری امپدانس الکتروشیمیایی ارائه می‌شوند، دارای سخت‌افزار و نرم‌افزار پیشرفته‌ای هستند که قادر به اندازه‌گیری جریان، ولتاژ و امپدانس نمونه‌های مختلف با دقت و تفکیک بالا می‌باشند. این دستگاه‌ها به عنوان ابزارهایی توانمند و کارآمد در زمینه‌های مختلفی مانند آنالیز و مطالعات الکتروشیمیایی، حسگرها، خوردگی، سلول‌های خورشیدی و تحقیقات علمی استفاده می‌شوند.
در پتانسیواستات، تکنیک‌های الکتروشیمیایی استاندارد شامل ولتامتری با روبش خطی پتانسیل، ولتامتری چرخه‌ای، کرونوآمپرومتری، و تکنیک‌های پالس ولتامتری (پالس نرمال، پالس تفاضلی و موج مربع) به کار می‌روند. یکی از تکنیک‌های کلیدی این دستگاه‌ها، اندازه‌گیری امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) است که ابزاری قدرتمند برای مطالعه خوردگی فلزات، پدیده‌های جذب و واجذب روی سطح الکترود، سینتیک واکنش‌های کاتالیستی و همچنین تحلیل فصل مشترک لایه‌ها در سلول‌های خورشیدی و پیل‌های سوختی به‌شمار می‌آید. داده‌های به‌دست‌آمده از اندازه‌گیری امپدانس، برای رسم نمودارهای مرسوم Nyquist و Bode استفاده می‌شوند. علاوه بر این، در مطالعه مواد نیم‌رسانا، از آنالیز Mott-Schottky برای استخراج اطلاعاتی مانند پتانسیل Flat-band و چگالی حامل آزاد استفاده می‌شود.
اتصالات دستگاه به سلول الکتروشیمی بسته به نوع کاربرد می‌تواند به صورت‌های مختلفی انجام شود. در ادامه، سه چیدمان رایج سلول‌های الکتروشیمی همراه با نقش الکترودهای مختلف در اندازه‌گیری‌های الکتروشیمی معرفی شده است.
دیاگرام پایه یک پتانسیواستات-گالوانواستات
الکترودهای استفاده‌شده در الکتروشیمی به‌عنوان بخش‌های اساسی در سلول‌های الکتروشیمیایی شناخته می‌شوند. این الکترودها وظایف خاصی دارند و بر اساس کاربردهای مختلف، ویژگی‌ها و مواد سازنده آن‌ها متفاوت است. در اینجا، به توضیح سه نوع الکترود اصلی در سیستم‌های الکتروشیمی می‌پردازیم:
-
الکترود مقابل (کمکی):
الکترود مقابل که به‌عنوان الکترود کمکی نیز شناخته می‌شود، وظیفه بستن مسیر جریان در سلول الکتروشیمیایی را بر عهده دارد. این الکترود معمولاً از مواد بی‌اثر مانند پلاتین، طلا، گرافیت یا کربن شیشه‌ای ساخته می‌شود و در واکنش الکتروشیمیایی شرکت نمی‌کند. به دلیل اینکه جریان بین الکترود کار (WE) و الکترود کمکی (CE) جاری می‌شود، سطح مقطع الکترود کمکی باید بزرگ‌تر از سطح الکترود کار باشد تا باعث محدود شدن جریان و واکنش‌های الکتروشیمیایی نشود و از کینتیک واکنش جلوگیری کند. -
الکترود مرجع:
الکترود مرجع به‌عنوان نقطه ثابت و پایدار پتانسیل در سیستم الکتروشیمیایی عمل می‌کند و برای کنترل و اندازه‌گیری پتانسیل استفاده می‌شود. این الکترود معمولاً از سیستم اکسایش-کاهش با غلظت ثابت (بافر یا اشباع) برای حفظ پتانسیل ثابت استفاده می‌کند. جریان در الکترود مرجع به‌طور ایده‌آل نزدیک به صفر نگه داشته می‌شود تا از تأثیر آن بر روی فرایندهای الکتروشیمیایی جلوگیری شود. این ویژگی، الکترود مرجع را به ابزاری دقیق و قابل اعتماد برای اندازه‌گیری و تنظیم پتانسیل تبدیل می‌کند. -
الکترود کار:
الکترود کار در سیستم‌های الکتروشیمیایی جایی است که واکنش مورد نظر در آن رخ می‌دهد. این الکترود معمولاً از مواد بی‌اثر نظیر طلا، نقره، پلاتین، کربن شیشه‌ای (GC) و در برخی موارد، قطره جیوه یا الکترودهای فیلمی ساخته می‌شود. در کاربردهای خاص مانند خوردگی، الکترود کار از ماده‌ای ساخته می‌شود که در حال بررسی یا تحت خوردگی است. اندازه و شکل این الکترود بسته به نوع آزمایش و کاربرد ممکن است تغییر کند و به‌طور خاص برای مطالعه فرآیندهای شیمیایی طراحی می‌شود.
این الکترودها با هم همکاری می‌کنند تا امکان انجام اندازه‌گیری‌های دقیق و بررسی واکنش‌های الکتروشیمیایی در شرایط کنترل‌شده فراهم گردد.
چیدمان دو الکترودی
در چیدمان دو الکترودی (شکل 4)، الکترودهای CE و RE به یکی از الکترودها متصل می‌شوند، در حالی که WE و S به الکترود مقابل متصل هستند. پتانسیل در سلول کامل اندازه‌گیری می‌شود که شامل مشارکت واسط CE/الکترولیت و خود الکترولیت است. این پیکربندی معمولاً زمانی استفاده می‌شود که کنترل دقیق پتانسیل بین صفحه‌ای در واسط الکتروشیمی WE ضروری نباشد و بررسی رفتار کل سلول مطلوب باشد. این چیدمان در کاربردهایی مانند ذخیره‌سازهای انرژی، پیل‌های سوختی، باتری‌ها، پنل‌های فتوولتائیک و موارد مشابه به‌کار می‌رود. همچنین برای اندازه‌گیری دینامیک‌های سریع فرآیندهای الکترود و اندازه‌گیری امپدانس الکتروشیمیایی در فرکانس‌های بالا (بیشتر از 100 کیلوهرتز) نیز کاربرد دارد.
چیدمان سه الکترودی
چیدمان سه الکترودی یکی از رایج‌ترین پیکربندی‌ها در سلول‌های الکتروشیمیایی است (شکل 5). در این پیکربندی، جریان بین الکترودهای CE و WE جاری می‌شود. اختلاف پتانسیل بین WE و CE کنترل می‌شود، در حالی که بین RE (که نزدیک به WE نگه داشته می‌شود) و S اندازه‌گیری می‌شود. از آنجایی که WE به S متصل است و در وضعیت شبه‌زمین نگه داشته می‌شود (پتانسیل ثابت و پایدار)، اختلاف پتانسیل بین RE و WE در طول زمان کنترل می‌شود. در این حالت، پتانسیل بین WE و CE معمولاً اندازه‌گیری نمی‌شود و ولتاژ اعمالی توسط تقویت‌کننده کنترلی تنظیم می‌شود، که به‌طور اتوماتیک توسط دستگاه محدود می‌شود تا اختلاف پتانسیل بین WE و RE مطابق با مقدار تعیین‌شده توسط کاربر باشد. این چیدمان به‌ویژه برای کنترل دقیق پتانسیل در واسط الکتروشیمی WE نسبت به RE طراحی شده است و در بسیاری از اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی دقیق و کاربردهای تحقیقاتی استفاده می‌شود.
شماتیک چیدمان سه الکترودی
برای کاهش تلفات اهمی ناشی از وجود محلول باقی‌مانده بین RE و WE، که به آن “مقاومت جبران‌نشده” گفته می‌شود، می‌توان از خاصیت مویینگی لوگین-هابر (یا فقط لوگین) بهره برد. این روش با نزدیک کردن ته RE به سطح WE انجام می‌شود. چون تقریباً هیچ جریانی در الکترود مرجع RE جاری نمی‌شود (معمولاً جریان نشتی در حدود چند پیکوآمپر است)، در نتیجه هیچ افت ولتاژی یا افت ولتاژ اندکی در لوله مویین وجود دارد که این اطمینان را می‌دهد که ته لوله مویین در پتانسیلی نزدیک به پتانسیل RE قرار دارد. این تکنیک به‌ویژه برای کاهش اثرات ناشی از تلفات اهمی در اندازه‌گیری‌های دقیق الکتروشیمی ضروری است.
چیدمان چهار الکترودی
چیدمان سلول چهار الکترودی برای کاربردهایی به‌کار می‌رود که نیاز به اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل بین RE و S دارند. این اختلاف پتانسیل به دلیل مسیر جریان در واسط مشخص بین WE و CE ایجاد می‌شود. چیدمان چهار الکترودی معمولاً در آزمایش‌های الکتروشیمیایی پیچیده‌تر استفاده نمی‌شود، اما در موارد خاصی برای اندازه‌گیری پتانسیل پیوند بین دو فاز غیرقابل اختلاط یا در غشاها کاربرد دارد. این نوع چیدمان به محاسبه مقاومت واسط یا هدایت غشا کمک می‌کند و می‌تواند برای تحقیقاتی که به اندازه‌گیری دقیق پتانسیل در مرزهای فازی مختلف نیاز دارند، مفید باشد.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.