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旋转圆盘环盘电极装置RRDE-AD

时间:2024-12-26     【原创】

  RRDE-AD旋转圆/环盘电极(RDE/RRDE)系统是一个高精度,低重量的旋转装置,可以和任何电化学系统配合使用,广泛应用于HER、ORE、HOR和ORR等电催化领域动力学研究。即使在径向调制速率或波形控制下,亦能够高精度旋转和调制转速。


  RRDE-AD可以单独进行手动操作控制,亦可由电化学工作站进行操作控制。


  1-2特点


  1.高精度日本电机+氢芯科技电机驱动,转速实时反馈、扭矩自动补偿。


  2.LED转速显示+数控编码器转速控制,转速锁定+断电转速记忆,比模拟量控制更精准、易于调节。


  3.转速控制范围:50-9800rpm,每1000rpm的误差小于±1rpm。


  4.采用32位DSP数字通讯+光电闭环控制,转速控制精度高于万分之一。


  5.电极螺纹接口可兼容美国PINE电极头。


  6.电极旋转机构与转速控制主机为分体可拆式结构,方便将旋转机构置入手套箱。


  7.支持50ml-500ml规格双层夹套电解池。


  8.具有信号输入/输出接口,可通过输入外部信号控制转速。


  9.高精度日本轴承+316L不锈钢旋转杆,旋转杆长>200mm,旋转轴轴径16mm。


  10.采用长度可调的弹簧+含银量>80%的银碳刷对极结构,接触更好,电信号传输稳定。


  旋转圆盘环盘电极装置RRDE-AD仪器各部件介绍

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  控制器包含了转速设置旋钮、转速显示屏等。控制器与主机通过控制线连接,旋转杆安装在主机下端,玻碳盘电极头安装在旋转杆下端。主机上有信号接线柱,用作与电化学工作站的信号线连接。更多部件请看上图。


  旋转圆盘电极装置工作原理


  旋转圆盘电极装置是一种可以旋转的工作电极,属于电化学附件范畴,专用于电化学工作站,应用于电化学研究,比如电化学催化研究、电化学腐蚀研究等。电化学工作站是一种最为常见的电化学研究仪器,常用于科学研究测试。典型的电化学研究模式是3电极体系,即电化学工作站分别连接工作电极、对电极和参比电极3个电极进行研究。其中,工作电极是研究对象(研究人员将待研究的样品负载在工作电极头上),对电极的作用是与工作电极构成电回路进行研究,参比电极的作用是为工作电极上的电位起参考指示。国产电化学工作站和进口电化学工作站都配备有旋转圆盘电极装置专用接口。值得骄傲的是,在中国电化学研究领域,国产电化学工作站一直占据主导地位,上海辰华仪器公司生产的电化学工作站,国内市场占有率长期保持第一,超过了进口电化学工作站的总和,几乎是中国电化学实验室的标准配置。旋转的工作电极,可以与电解溶液形成强制对流,并进行电化学研究,被称作电化学动力学方法。与静止的工作电极相比,旋转的工作电极可以研究一些静止工作电极无法做到的内容。待研究的样品在工作电极头(玻碳盘电极头)表面发生反应,产生电信号。例如,研究人员要研究燃料电池催化剂Pt的氧气还原性能,就必须利用旋转工作电极。旋转圆盘电极装置即是一种旋转的工作电极。它的作用是提供精准的转速,让工作电极头与电解溶液形成强制对流,然后利用电化学工作站进行电化学动力学研究。

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  工作过程:


  以研究人员用旋转圆盘电极装置研究氢燃料电池催化剂Pt的氧气还原活性为例。实验时,将待研究样品(催化剂)滴涂在工作电极头表面,工作电极头放入电解池内,电解池内盛有电解溶液。启动控制器,设置研究所需要的转速,或者由电化学工作站软件控制转速。主机带动工作电极头旋转,由于同轴度极高,在工作电极头与电解溶液界面形成厚度均匀并且可控的扩散层(扩散层的厚度是微米级别,无法通过磁力搅拌或者其它机械搅拌实现)。电化学工作站用于对工作电极施加一定的激发信号比如电压(这个电压是相对于参比电极的),电解溶液内的氧气在工作电极头表面与样品(催化剂)接触,受到电化学工作站的电压激发后,会发生还原反应,产生还原电流,也就是负电流。产生的电信号再通过电化学工作站进行测量,研究人员根据转速、电信号以及一些其它参数,即可研究Pt催化剂的性能。


  功能:


  研究人员利用旋转圆盘电极的旋转特性,进行电化学动力学研究。工作电极头转速越高,反应物传质越快,反应程度越大,产生的电流信号越大。电化学工作站对工作电极头表面施加电信号激发化学反应并测量电化学反应所产生的电信号。研究人员根据电信号、转速以及一些其它参数,可以研究样品(催化剂)的性能。


  用途:


  主要应用于材料的活性评估或者模拟相应的测试环境,比如燃料电池空气阴极催化剂活性测试,涉及电池、电化学分析领域,再比如模拟石油管道腐蚀研究,涉及腐蚀学领域。


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