三电极测量电池系统装置

1/13三电极测量电池系统装置2007-06-1418:07在研究电池电极材料时，被研究的电极称为工作电极W,在电化学分析法中也称指示电极，它的电势可利用与参比电极R组成的二电极测量电池测量。当工作电极需要极化时，则要另用一辅助电极（或称对应电极，用C表示）,组成三电极测量电池系统(图6)，以提供可调节的电流。此时为了减少电液中欧姆电位降(IR)对工作电极电势测量的误差，参比电极与电解液连接处应采用毛细管，使之尽量靠近工作电极，称为鲁金毛细管。1为什么对电极要面积大，一般都采用Pt为什么，稳定么？一般还有什么样的可以做对电极对电极上的最大电流不能比工作电极的小；用Pt主要是稳定，但Pt也会溶解；石墨2/132.二电极体系是对三电极体系的简化么，什么情况下可以简化？三电极体系主要是用于对工作电极的电位进行精确控制。如果研究过程中不需要控制工作电极电势，比如恒电流电解电镀等，则不需要三电极体系。如果实验过程中电流很小且对电极交换电极面积or/and电流密度很大而维持电位基本不变，则三电极体系可简化为二电极体系。3.参比电极的选择原则有哪些？比如根据体系，我要测得是直接甲醇燃料电池中阳极，那么选什么合适。里面的溶液是甲醇水溶液，被测电极是Pt/Ru碳，并且会跟阴极构成原电池主要原则是电位稳定（学术上叫交换电流密度大）且不污染研究体系。用可逆氢电极是比较好的选择。也可用汞/硫酸汞（酸性燃料电池）参比电极。首先要明白何为动电位极化曲线?它要研究的是研究电极在电极电位改变时,其极化程度的大小.所谓极化是指一个电极在通过电流时的电极电位与不通过电流时电极电位的差.一般电极中通过的电流越大电极极化越严重.不同的电极在有电流通过时发生极化的程度是不同的.这就有了一般书上都提到的理想极化电极及理想不极化电极.作电位极化曲线的目的就是要研究某电极在有电流通过时(电极电位改变时)其极化情况到底如何.在实验中改变铂电极与研究电极中的电压值(也就是改变研究电极的电极电位),并纪录饱和甘汞参比电极与研究电极之间的电压值,作图即得动电位极化曲线.铂电极的作用是充当理想不极化电极,饱和甘汞参比电极的作用是提供一个不变的基点,以便从其与研究电极之间的电压值,得知研究电极的极化情况.说了一大堆,希望你能看明白!1.1电极(electrode)是与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，为多相体系。?电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出，电极是实施电极反应的场所。??一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系，用的较多的是三电极体系。相应的三个电极为工作电极、参比电极和辅助电极。化学电源一般分为正、负极；而对于电解池，电极则分为阴、阳极。现介绍如下。工作电极(workingelectrode，简称WE):又称研究电极，是指所研究的反应在该电极上发生。一般来讲，对工作电极的基本要求是:工作电极可以是固体，也可以是液体，各式各样的能导电的固体材料均能用作电极。(1)所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响，并且能够在较大的电位区域3/13中进行测定;(2)电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应;(3)电极面积不宜太大，电极表面最好应是均一平滑的，且能够通过简单的方法进行表面净化等等。工作电极的选择：通常根据研究的性质来预先确定电极材料，但最普通的“惰性”固体电极材料是玻碳、铂、金、银、铅和导电玻璃等。采用固体电极时，为了保证实验的重现性，必须注意建立合适的电极预处理步骤，以保证氧化还原、表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态。在液体电极中，汞和汞齐是最常用的工作电极，它们都是液体，都有可重现的均相表面，制备和保持清洁都较容易，同时电极上高的氢析出超电势提高了在负电位下的工作窗口记被广泛用于电化学分析中。辅助电极(counterelectrode，简称CE):又称对电极。辅助电极和工作电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极上发生，但必须无任何方式限制电池观测的响应。?由于工作电极发生氧化或还原反应时，辅助电极上可以安排为气体的析出反应或工作电极反应的逆反应，以使电解液组分不变，即辅助电极的性能一般不显著影响研究电极上的反应。但减少辅助电极上的反应对工作电极干扰的最好办法可能是用烧结玻璃、多孔陶瓷或离子交换膜等来隔离两电极区的溶液。?为了避免辅助电极对测量到的数据产生任何特征性影响，对辅助电极的结构还是有一定的要求。如与工作电极相比，辅助电极应具有大的表面积使得外部所加的极化主要作用于工作电极上。辅助电极本身电阻要小，并且不容易极化，同时对其形状和位置也有要求。参比电极(referenceelectrode，简称RE):是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极。?参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。?在控制电位实验中，因为参比半电池保持固定的电势，因而加到电化学池上的电势的任何变化值直接表现在工作电极/电解质溶液的界面上。实际上，参比电极起着既提供热力学参比，又将工作电极作为研究体系隔离的双重作用。参比电极的性能：?(1)具有较大的交换电流密度，是良好的可逆电极，其电极电势符合Nernst方程;??(2)流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状;??(3)应具有良好的电势稳定性和重现性等。参比电极的种类：?不同研究体系可选择不同的参比电极。?水溶液体系中常见的参比电极有:?饱和甘汞电极(SCE)、Ag/AgCl电极、标准氢电极(SHE或NHE)等。?许多有机电化学测量是在非水溶剂中进行的，尽管水溶液参比电极也可以使用，但不可避免地会给体系带入水分，影响研究效果，因此，建议最好使用非水参比体系。常用的非水参比体系为Ag/Ag+(乙腈)。?工业上常应用简易参比电极，或用辅助电极兼做参比电极。盐桥与鲁金毛细管：?在测量工作电极的电势时，参比电极内的溶液和被研究体系的溶液组成往往不一样，为降低或消除液接电势，常选用盐桥;为减小未补偿的溶液电阻，常使用鲁金毛细管。化学电源和电解装置：对于化学电源和电解装置，辅助电极和参比电极通常合二为一。化学电源中电极材料可以参加成流反应，本身可溶解或化学组成发生改变。对于电解过程，电极一般不参加化学的或电化学的反应，仅是将电能传递至发生电化学反应的电极/溶液界面。制备在电解过程中能长时间保持本身性能的不溶性电极一直是电化学工业中最复杂也是最困难的问题之一。不溶性电极除应具有高的化学稳定性外，对催化性能、机械强度等亦有要求。有关不溶性电极将在电化学应用部分加以介绍1.2隔膜(diaphragm):?隔膜(diaphragm)在电化学研究的大部分场合是电解槽必要的结构单元，隔膜将电解槽分隔为阳极区和阴极区，以保证阴极、阳极上发生氧化-还原反应的反应物和产物不互相接触和干扰。4/13特别是在化学电源的研究中，隔膜常常是影响电池性能的重要因素。隔膜可以采用玻璃滤板隔膜、盐桥和离子交换膜等，起传导电流作用的离子可以透过隔膜。电化学工业上使用的隔膜一般可分为多孔膜和离子交换膜两种。而离子交换膜又分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两种，有的有市售。1.3电解质溶液?电化学池中电解质溶液是电极间电子传递的媒介，它是由溶剂和高浓度的电解质盐(作为支持电解质)以及电活性物种等组成，也可能含有其他物质(如络合剂、缓冲剂)。??电解质溶液大致可以分成三类，即水溶液体系、有机溶剂体系和熔融盐体系。?电解质(electrolyte):?电解质是使溶液具有导电能力的物质，它可以是固体、液体，偶尔也用气体，一般分为四种:(1)电解质作为电极反应的起始物质，与溶剂相比，其离子能优先参加电化学氧化-还原反应，在电化学体系中起导电和反应物双重作用。(2)电解质只起导电作用，在所研究的电位范围内不参与电化学氧化-还原反应，这类电解质称为支持电解质。(3)固体电解质为具有离子导电性的晶态或非晶态物质，如聚环氧乙烷和全氟磺酸膜Nafion膜及b-铝氧土(Na2O·b-Al2O3)等。(4)熔盐电解质:兼顾(1)、(2)的性质，多用于电化学方法制备碱金属和碱土金属及其合金体系中。溶剂：?除熔盐电解质外，一般电解质只有溶解在一定溶剂中才具有导电能力，因此溶剂的选择也十分重要，介电常数很低的溶剂就不太适合作为电化学体系的介质。?由于电极反应可能对溶液中存在的杂质非常敏感，如即使在10-4mol·L-1浓度下，有机物种也常常能被从水溶液中强烈地吸附到电极表面，因此溶剂必须仔细纯化。?如果以水作为溶剂，在电化学实验前通常要将离子交换水进行二次或三次蒸馏后使用。蒸馏最好采用石英容器，第一次蒸馏时常通过KMnO4溶液以除去可能存在的有机杂质。尽管在绝大部分的电化学研究中都使用水作为溶剂，但进行水溶液电解时必须考虑到氢气和氧气的产生。?最近一些年，有机电化学研究日益受到人们的关注，有机溶剂的使用日益增多。FDT-N型FDY-N型FDG-NC型●精度：±2％（F.S.）H2O±2.5％（F.S.)H2O以外的液体又为气体●口径：10A～500A●流量范囲：H2O0.08～2500m3／hAIR4～24000m3／h（ntp）●最高使用圧力：2.0MPa●最高使用温度：120℃●材质：CAC406,FCD,SS400,SUS304,SUS631-CSP,PP,C3604BiotechEnd-of-ColumnFlowCell是一个可变光程的流动池，用于在各种工业在线流量分析中进行光学测量。不锈钢PRO-FC-BIO是一个钛池体，装配了一个电抛光内壁（表面粗糙度为12或更高）和两个光纤光学接口耦合5/13器（随带）。光学接口耦合器和样品进口/出口都用标准的Upchurch连接在流动池体上。流动池的光程可以在0.02-10.0mm范围内任意调整。Biotech,End-of-ColumnFlowCell参数规格型号规格光程:0.02-10.0mm池体和阀体材料:316钛；不锈钢；也可用HastelloyC和Monel样品进口/出口:1/8Upchurch压缩连接镜头材料:石英（标准）；也可用兰宝石密封:Viton密封（标准）；也可以用Chemraz、Kalrez、TFE，Buna-N。温度限制:200篎/93篊压力限制:250psig光纤接头:SMA905波长范围:UV-NIR6/13用于流动注射分析的流动池工具FIA-1000-Z流动池工具是一个方便、低成本的液体处理系统，可与OceanOptics的高灵敏微型光纤光谱仪和光源连接,对溶液进行快速的定量分析。FIA-1000-Z系统包括一个两通道的蠕动泵、一个1-cm光程的光学流动池、一个装配工具和基于Windows的操作系统。另外还有一对光纤或特殊的分叉组件（单独计价）。在Z-SMA流动池系统中（产品型号为FIA-1000-Z)，蠕动泵可以传递连续或间断流动液体的精确分光数量。另外，这个蠕动泵可以手工操作，也可以与一个台式或笔记本电脑连接使用，Z-SMA供光通过的路径长度为10毫米，内径1.5毫米，材料是高质量的不锈钢、树脂玻璃或特氟珑。流动池装备有熔融石英镜头，可以允许-170nm-2000nm的光线穿过（与OceanOptics的光谱仪配合使用时，这个流动池的实际使用范围为200-1100nm）。Z-SMA采用标准的SMA接口，一对200或400nm的光纤分别连接OceanOptics的USB2000微型光纤光谱仪和光源，形成一个完好集成的分析仪器。另外还提供一个可调Z流动池，它使用一对特殊接口的光纤。FIA-1000-Z液体取样系统--规格光谱范围:260-2000nm单元材料:树脂玻璃，特氟龙或不锈钢内径:1.5mm窗口材料:紫外熔融石英Pathlength:10mm光纤:µmSMA905Tubing:1/16Teflon,~3mTubingconnectors:1/4-28水泵尺寸:105mmx105mmx185mm水泵重量:2100g7/13流速:200mL/minute/channel（取决于RPM和试管直径）Pressurerating:25psiFIA-1