Elektrochemie

Ein Potentiostat ist ein elektrochemisches Instrument, das die Potentialdifferenz (Spannung) zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode steuert und gleichzeitig den resultierenden Stromfluss zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode (auch als Hilfselektrode bezeichnet) misst. Der Potentiostat hält ein konstantes Potential aufrecht und ermöglicht so die präzise Steuerung und Messung elektrochemischer Reaktionen bei Korrosionsstudien, Galvanisierung, Batterietests und Sensorentwicklung.

Ein Galvanostat hingegen ist ein elektrochemisches Gerät, das nicht die Zellspannung, sondern den Zellstrom steuert.

Alle elektrochemischen Geräte von Metrohm vereinen sowohl Potentiostat als auch Galvanostat in einem einzigen Gerät. Je nach Versuchsanforderung kann der Anwender den entsprechenden Modus (potentiostatisch oder galvanostatisch) wählen.

Erfahren Sie mehr über die Funktionsweise eines Potentiostaten und die Rolle der Elektroden, die bei elektrochemischen Messungen verwendet werden:

Application Note: Genereller Überblick über das Funktionsprinzip eines Potentiostaten/Galvanostaten (PGSTAT) – elektrochemischer Aufbau der Zelle

Schnell und grundlegend: Einflüsse auf zuverlässige elektrochemische Messungen

Wann sollte man den potentiostatischen Modus wählen?

• Bei der Untersuchung von Redoxreaktionen, Korrosion, Galvanisierung oder anderen Prozessen, bei denen die Aufrechterhaltung eines konstanten Potentials entscheidend ist.
• Bei der Durchführung der zyklischen Voltammetrie oder anderen Techniken, bei denen das Potential über einen definierten Bereich verändert wird.
• Bei der Untersuchung des elektrochemischen Verhaltens, der Kinetik und der Eigenschaften der Elektrodenoberfläche.

Application Note: Potentiostatische intermittierende Titrationstechnik (PITT)

Application Note: ASTM G5: Potentiodynamische anodische Polarisationsmessungen

Application Note: Zyklische potentiodynamische Polarisationsmessungen nach ASTM G61

Wann ist der galvanostatische Modus zu wählen?

• Bei der Untersuchung von Elektrolyseprozessen, galvanischer Abscheidung oder anderen Prozessen, bei denen die Aufrechterhaltung eines konstanten Stroms entscheidend ist.
• Bei der Durchführung von Experimenten mit Brennstoffzellen, Batterien oder anderen elektrochemischen Zellen, die eine bestimmte Stromzufuhr erfordern.
• Bei der elektrochemischen Impedanzspektroskopie oder anderen Techniken zur Analyse der elektrischen Reaktion eines Systems.

Application Note: Galvanostatische Auf- und Entladung eines Li-Ionen-Akkus mit Autolab

ASTM G100: Galvanische zyklische Polarisation nach der galvanischen Spannungsreihe

Application Note: Galvanostatische intermittierende Titrationstechnik (GITT)

In einem Potentiostat wird der geerdete Modus verwendet, wenn weder die Elektroden noch die Messzelle eine direkte Verbindung zur Erde haben. Dies ist der am häufigsten verwendete Modus für die große Mehrheit der elektrochemischen Experimente, die in Labors durchgeführt werden (z. B. nasselektrochemische Forschung, Batterieforschung, Korrosionsmessungen im Labor usw.). Wenn während der elektrochemischen Experimente andere Geräte verwendet werden, können Sie einen Faradayschen Käfig verwenden, um diese zu erden. 

Der Schaltplan eines VIONIC PGSTAT im NON-Floating-Modus. Bitte beachten Sie den Anschluss EARTH (immer mit dem Metallgehäuse des Geräts verbunden) und den Anschluss und Schalter für die analoge Masse (AGND).

Der Floating-Modus muss in den folgenden drei Hauptfällen verwendet werden:

1. Wenn die Arbeitselektrode direkt mit der Erde verbunden ist (geerdete WE): Korrosionstests im Freien, Wasserstoffpermeation, In-situ-Elektromikroskopie
2. Wenn die Gegenelektrode direkt mit der Erde verbunden ist (geerdet CE): Bioreaktoren, Autoklaven
3. Wenn die gesamte Zelle direkt mit der Erde verbunden ist (geerdete Zelle): Tribokorrosion, Autoklav

In jedem der oben genannten Fälle ist eine korrekte Messung des Stroms nur möglich, wenn der Potentiostat im richtigen Floating-Modus betrieben wird.

Der Schaltplan eines VIONIC PGSTAT im Floating-Modus. Bitte beachten Sie, dass die analoge Masse (AGND) vom Gerätegehäuse getrennt ist.

Aufgrund der großen Vielfalt an experimentellen Anforderungen und elektrochemischen Zellen, bietet die Verwendung eines elektrochemischen Messgeräts mit Floating-Funktion (wie z. B. VIONIC oder µStat-i multiX) dem Benutzer zusätzliche Vielseitigkeit.

Kriterium 1: Spannungs- und Strombereich

Berücksichtigen Sie die Potential -und Strombereiche, mit denen Sie voraussichtlich arbeiten werden.

• Grundanforderung: Klemmspannung bis zu ± 10 V, max. Strom bis zu ± 100 mA: PGSTAT101, Autolab IMP, μStat-i 400 – Klein, leicht und preiswert
• Moderate Anforderungen: Klemmspannung ± 20 V, max. Strom ± 400 mA: PGSTAT204 – Klein und erweiterbar durch ein zusätzliches Modul (z. B. EIS)
  
• Erweiterte Anforderungen: Klemmspannung ± 30 V, max. Strom ±2 A (erweiterbar): PGSTAT302N – Anpassungsfähig durch verschiedene zusätzliche Module
  
• Hohe Anforderungen: Klemmspannung ± 50 V, max. Stromstärke ± 6 A: VIONIC powered by INTELLO – Höchste Spezifikation und mehrere Module in einem Gerät integriert
  

Kriterium 2: Besteht ein Bedarf an hohem Durchsatz oder mehreren Messkanälen?

Wenn Sie mehrere Experimente gleichzeitig durchführen wollen, benötigen Sie möglicherweise einen Potentiostaten mit mehreren Kanälen.

Zur Mehrkanal-Baureihe

Zur tragbaren Mehrkanal-Baureihe

Kriterium 3: Portabilität

Ein tragbarer Potentiostat kann in verschiedenen Situationen von Vorteil sein, wenn Mobilität oder Vor-Ort-Messungen erforderlich sind. Metrohm kann sowohl portable Einkanal- als auch Mehrkanal-Potentiostaten anbieten.

Zur tragbaren Einkanal-Linie

Zur tragbaren Mehrkanal-Linie

Kriterium 4: Kombinierte Elektrochemie mit Geräten von Drittanbietern oder Spektroelektrochemie integriert in einem Gerät

Wenn Ihre Forschung die Synchronisation von Elektrochemie mit optischen Messungen (oder anderen komplementären Techniken) erfordert und Sie zwei unabhängige Geräte für Elektrochemie und Spektroskopie (oder das für die komplementäre Technik verwendete Gerät) wahlweise als kombinierte Lösung oder Einzellösung haben möchten, könnten unsere Kopplungsmöglichkeiten für Sie interessant sein.

Die kombinierte Lösung umfasst ein UV-Vis- oder Raman-Spektroskopiegerät und einen Metrohm-Potentiostaten. Die Metrohm-Potentiostaten/Galvanostaten können separat erworben und über spezielle Kopplungs-Setups zusammen mit Geräten von Drittanbietern verwendet werden. Bitte wenden Sie sich für weitere Informationen an Ihre lokale Metrohm-Supportstelle. Mit unserer kombinierten Lösung profitieren Sie von höchster Leistung und Flexibilität bei der Auswahl von Hardware und Software.

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Sie können sich auch für die integrierte Produktreihe entscheiden. Alle Komponenten der spektroelektrochemischen Geräte, d. h. Potentiostat, Spektrometer und Lichtquelle, sind dabei in einem einzigen Gerät integriert und werden über eine spezielle Software bedient, die alle spezifischen Tools für spektroelektrochemische Experimente enthält, wie bspw. UV-Vis-, NIR- und Raman-Spektroskopie. Mit den integrierten Instrumenten profitieren Sie von der Einfachheit des Hardware-Setups und der Arbeit mit einer einzigen Software.

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