如何选择电化学反应的电解池

作者:德州传奇扑克下载 | 2020-08-05 08:57

  以氧还原反应为例,氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR)是燃料电池空气阴极的主要反应,用来评价催化剂的性能,受到了众多研究者的广泛关注。实验操作过程中,电解池是必不可少的组成部分,对电化学的测试效果也有着影响,这往往被很多研究者所忽视。那么如何选择合适的电解池,就显得尤为重要了。

  1、电解池的容积,氧还原反应(ORR)需要提供很好的液体层流状态,从而获得均匀的电流分布。从液相传质过程分析来看,在远离电极表面的溶液中,对流作用是主要的传质过程,电极表面附近溶液层中的传质则主要依靠扩散过程。然而在一般情况下很难将这两种传质过程严格区分开来,因为总有一段空间区域是两种传质方式交叉作用的。因此,为了既可以排除电迁移的影响,又能分开扩散传质区和对流传质区,就需要电解液的体积相对较大,从而需要配备较大容积的电解池。当旋转圆盘电极旋转时,可以认为电解池中各位置的电解液浓度是均匀一致的。同时,选择较大的电解池,旋转圆盘电极与电解池池壁相距足够远,液流和电极的运动不受池壁的影响,常用电解池容积以150 mL为宜,容积过小(如50-100 mL)则会对实验结果造成不利影响。

  2、电解池的几何形状,电化学电解池的等效电路如图1表示,Ru为工作电极和参比电极溶液间的电阻,工作电极与参比电极距离越小,则电阻越小,Piontelli曾系统研究过参比电极放置位置对电化学测试结果的影响,结果表明,当参比电极在工作电极的正下方且参比电极顶部开口部分靠近工作电极时,测试效果最好。但是这种放置位置的设计在实际操作中却不可行,原因是当旋转圆盘工作电极旋转时,会和参比电极产生摩擦力,从而对层流状态造成极大的干扰。Barnartt研究表明当工作电极与参比电极末端的距离为参比电极半径的四倍(即5mm左右)时测试效果最好,在这个距离时,因电解质的低导电率或在高电流密度下所产生的IR降可以得到校正。目前电解池常见的几何形状如图2所示,该电解池不仅满足了电解池的较大容积(150 mL),同时其几何形状也满足了工作电极与参比电极的最合适距离(固定插孔位置),从而减少了溶液内阻对实验效果的影响。

  综上所述,氧还原反应(ORR)过程中,对于电解池的选择,至少需要考虑其容积和几何形状两个方面。其它电化学反应如氧析出反应(OER)、氢析出反应(HER)等也应遵循这一原则。根据众多用户的实验经验,目前,pine的150 mL标准5口电解池是理想的选择!

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