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RDE旋轉(zhuǎn)圓盤電極技術(shù)幾個知識點(diǎn)分享

更新時間:2023-04-12      點(diǎn)擊次數(shù):1524
    1、電化學(xué)反應(yīng)包含界面?zhèn)骱煞磻?yīng)和傳質(zhì)反應(yīng)2個過程,整體速度受限于最慢的那步反應(yīng)。
  2、穩(wěn)態(tài)測試過程中,使用mm級常規(guī)尺寸的電極測試(微電極除外,比如直徑10μm的電極),往往受傳質(zhì)限制,無法研究速度較快電化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)。
  3、為了強(qiáng)化傳質(zhì),20世紀(jì)40年代以來,逐漸發(fā)展了RDE、RRDE技術(shù),電流密度分布均勻,達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流的時間短,成為一種很有優(yōu)勢的穩(wěn)態(tài)測量技術(shù)。
  4、對于RDE而言,流體動力學(xué)邊界厚度L受電極轉(zhuǎn)速控制,與電解液粘度系數(shù)有關(guān),對于水溶液,1600 rpm,邊界厚度約280μm。
  5、RDE旋轉(zhuǎn)時,傳質(zhì)擴(kuò)散層厚度隨著轉(zhuǎn)速增加而降低,1600rpm,常規(guī)酸堿電極液下,擴(kuò)散層厚度約12μm,比靜止溶液典型的擴(kuò)散層厚度100μm小1個數(shù)量級左右。
  6、ORR測試,半波是極限擴(kuò)散電流密度一半對應(yīng)的電勢,可以取一定電壓范圍(0.4-1 V RHE)數(shù)據(jù),通過Sigmoidal函數(shù)曲線擬合得到??梢远ㄐ栽u價催化劑活性,但是催化劑載量和轉(zhuǎn)速對其有一定影響。
  7、Pt催化劑測試ORR,一般選0.9 V RHE活性,然而文獻(xiàn)中報道的活性差異很大(甚至一兩個數(shù)量級),可能與不同公司(JM、TKK、E-Tek)有關(guān),也可能與載量、催化劑放置過久性能退化(最好不超過半年),還有測試技巧(比如ink制膜)、雜質(zhì)等有關(guān)。
  8、商業(yè)Pt/C,通過HUPD或者CO溶出測試,ECSA應(yīng)該大于70 m2/g。在0.1 M高氯酸,0.9 V RHE,面積比活性應(yīng)該大于0.2 mA/cm2,質(zhì)量比活性應(yīng)該大于0.15 mA/ug。
  9、RRDE測試H2O2產(chǎn)率,測量初期,由于Pt會發(fā)生表面氧化,因此會有一個隨時間衰減的背景電流??梢灶A(yù)先在高電位極化一段時間,消除背景電流。
  10、如果要測試H2O2產(chǎn)率低于1%,需要用CI電流中斷法測試。該方法可以消除背景電流干擾,可以測量超低H2O2產(chǎn)率,比如0.01%。
  11、RDE轉(zhuǎn)速要適當(dāng),保證層流,如果低于100 rpm,自然對流較大,如果轉(zhuǎn)速太高,可能產(chǎn)生湍流,文獻(xiàn)一般400-2500 rpm,是合適的。
  12、Nafion有兩個副作用,第一個是磺酸根陰離子會吸附在鉑表面,第二個是會包裹催化劑,阻礙氧氣傳質(zhì)。
  13、RDE技術(shù)也有局限,由于技術(shù)限制,往往不能超過10000rpm,與微電極相比,傳質(zhì)能力還是有限。半徑10μm的微電極,傳質(zhì)速度相當(dāng)于2485 rpm,半徑1μm的微電極,傳質(zhì)速度相當(dāng)于248500 rpm。這是RDE很難做到的。
  14、PEMFC實(shí)際工藝,傳質(zhì)是基于氣體對流,比RDE約快3個數(shù)量級。
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