chemiaco

دستگا های پتانسیواستات/ گالوانواستات که در بعضی از مدل ها به همراه ماژول اندازه گیری امپدانس الکتروشیمیایی میباشند. این دستگاه ها دارای سخت افزار و نرم افزار پیشرفته قادر به اندازه گیری جریان، ولتاژ و امپدانس نمونه های مختلف با دقت و قدرت تفکیک بالا است و ابزاری مناسب و توانمند در زمینه های آنالیز و مطالعات الکتروشیمیایی، حسگرها، خوردگی و سلول های خورشیدی می باشد. در پتانسیواستات تکنیک های الکتروشیمیایی استاندارد شامل ولتامتری با روبش خطی پتانسیل، ولتامتری چرخه ای، کرونو آمپرومتری، تکنیکهای پالس ولتامتری (پالس نرمال، پالس تفاضلی و موج مربع) ارائه شده اند. تکنیک EIS ابزار قدرتمندی جهت مطالعه ی خوردگی فلزات، پدیده های جذب و واجذب بر روی سطح الکترود، سینتیک واکنشهای کاتالیستی و مطالعه ی فصل مشترک لایه ها در سلول های خورشیدی و پیــل هــای ســوختی است. داده های اندازه گیری امپدانس، جهت رسم نمودارهای مرسوم Nyquist و Bode مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین در مطالعه مواد نیم رسانا با آنالیز Mott-Schottky اطلاعاتی ار قبیل Flat-band potential و Free carrier density بدست می آیند.

بسته به نوع کاربرد، اتصالات دستگاه به سلول الکتروشیمی می‌تواند (یا باید) به صورت متفاوتی انجام شود. در ادامه، سه چیدمان رایج استفاده شده برای سلول الکتروشیمی همراه با نقش الکترودهای استفاده شده در اندازه‌گیری الکتروشیمی اشاره میشود.

دیاگرام پایه یک پتانسیواستات / گالوانواستات در شکل زیر آورده شده است.

الکترودهای استفاده شده در الکتروشیمی

الکترود مقابل (کمکی نیز نامیده می‌شود) یکی از الکترودهایی است که برای بستن مسیر جریان در سلول الکتروشیمی استفاده می‌شود. آن معمولاً از مواد بی‌اثر (برای مثال پلاتین، طلا، گرافیت، کربن شیشه‌ای) ساخته شده است و در واکنش الکتروشیمی شرکت ندارد. به دلیل این که جریان بین WE و CE جاری می‌شود، سطح مقطع کل CE (سورس / سینک الکترون‌ها) باید بیشتر از سطح WE باشد تا این که آن یک عامل محدود کننده در جنبش (کینتیک) پروسه الکتروشیمی تحت بررسی نباشد.

الکترود مرجع الکترودی است که دارای پتانسیل پایدار و مشخص است و به عنوان نقطه مرجع در سلول الکتروشیمی برای کنترل و اندازه‌گیری پتانسیل استفاده می‌شود. پایداری بالای پتانسیل الکترود مرجع معمولاً با استفاده از سیستم اکسایش-کاهش با غلظت ثابت (بافر یا اشباع شده) هر شرکت کننده در واکنش اکسایش-کاهش به دست می‌آید. به علاوه، جریان در آن نزدیک به صفر نگه داشته می‌شود (در حالت ایده ‌آل صفر) که از استفاده CE برای بستن مسیر جریان در سلول همراه با یک امپدانس بسیار بالا ورودی در برق‌سنج (بزرگ‌تر از GOhm 100)  به دست می‌آید.

الکترود کار الکترودی در سیستم الکتروشیمی است که بر آن واکنش مورد نظر رخ می‌دهد. الکترودهای کار رایج می‌تواند از مواد بی‌اثر نظیر طلا، نقره، پلاتین، کربن شیشه‌ای (GC) و قطره جیوه و الکترودهای فیلمی و غیره ساخته شود. برای کاربردهای خوردگی، ماده الکترود کار از مواد تحت بررسی است (که در واقع در حال خوردگی است). اندازه و شکل آن نیز متغیر و وابسته به کاربرد است.

چیدمان دو الکترودی

در چیدمان سلول دو الکترودی (شکل ۴)، CE و RE به یکی از الکترودها متصل می‌شوند، درحالی که WE و S به الکترود مقابل متصل می‌شوند. پتانسیل در سلول کامل اندازه‌گیری می‌شود. این شامل مشارکت واسط CE/الکترولیت و خود الکترولیت است. این پیکربندی زمانی که کنترل دقیق پتانسیل بین صفحه‌ای در واسط الکتروشیمی WE ضروری نباشد و رفتار کل سلول تحت بررسی مطلوب باشد استفاده می‌شود. این چیدمان معمولاً با ذخیره‌ساز انرژی یا وسیله مبدل همانند باتری، پیل سوختی، پانل‌های فتوولتائیک و غیره استفاده می‌شود. آن همچنین برای اندازه‌گیری دینامیک‌های بسیار سریع فرایندهای الکترود یا اندازه‌گیری امپدانس الکتروشیمی در فرکانس‌های بالا (بیشتر از ۱۰۰ کیلوهرتز) استفاده می‌شود.

چیدمان سه الکترودی

چیدمان سلول سه الکترودی رایج‌ترین چیدمان سلول الکتروشیمیایی استفاده شده در الکتروشیمی است (شکل ۵). در این حالت، جریان بین CE و WE جاری می‌شود. اختلاف پتانسیل بین WE و CE کنترل می‌شود و بین RE (که در نزدیکی WE نگه داشته می‌شود) و S اندازه‌گیری می‌شود. چون WE به S متصل است و WE در شبه زمین نگه داشته شده است (پتانسیل ثابت شده و پایدار)، با کنترل پلاریزاسیون CE، اختلاف پتانسیل بین RE و WE در کل زمان کنترل می‌شود. پتانسیل بین WE و CE معمولاً اندازه‌گیری نمی‌شود. این ولتاژ اعمالی توسط تقویت کننده کنترلی است و توسط ولتاژ انطباق دستگاه محدود شده است. آن تنظیم شده است تا این که اختلاف پتانسیل بین WE و RE برابر با اختلاف پتانسیل تعیین شده توسط کاربر شود. این پیکربندی باعث کنترل پتانسیل واسط الکتروشیمی در WE نسبت به RE شود.

شماتیک چیدمان سه الکترودی

برای کاهش تلفات اهمی به دلیل وجود محلول باقی مانده بین RE و WE (مقاومت جبران نشده نامیده می‌شود)، خاصیت مویینگی لوگین-هابر (یا فقط لوگین) می‌تواند برای نزدیک کردن ته RE تا جای ممکن به سطح WE (شکل ۵) استفاده شود. چون تقریباً، هیچ جریانی در الکترود مرجع جاری نمی‌شود (معمولاً جریان نشتی حداکثر در حدود چند پیکو آمپر است)، هیچ افت ولتاژی یا افت ولتاژ کم در لوله مویرگی وجود دارد که تضمین می‌کند ته لوله مویین در پتانسیل نزدیک به پتانسیل RE است.

چیدمان چهار الکترودی

چیدمان سلول چهار الکترودی (شکل ۶) برای کاربردهایی استفاده می‌شود که نیاز به اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل (بین RE و S) موجود در نتیجه مسیر جریان در واسط مشخص (بین WE و CE) دارد. این نوع چیدمان آزمایشگاهی در الکتروشیمی رایج نیست و معمولاً برای اندازه‌گیری پتانسیل پیوند بین دو فاز غیرقابل اختلاط یا در غشا با توجه به امکان محاسبه مقاومت واسط یا هدایت غشا استفاده می‌شود.