技術文08——美國PINE公司RRDE圓盤圓環電極淺析

RRDE圓盤圓環電極,是配合旋轉圓盤圓環電極裝置使用的,本質上而言,是一種可以旋轉的工作電極。RRDE圓盤圓環電極具有2個工作電極,分別是盤電極和環電極,配合參比電極和對電極,可以構成4電極體系,可以通過美國PINE公司WaveDriver200雙恒電位儀/電化學工作站(帶EIS交流阻抗功能)進行測試,常用于中間產物機理研究,比如ORR測試電子轉移數目計算、OER法拉第效率測試等。

1 根據材質:盤一般是玻碳GC、金Au或者鉑Pt,環一般是鉑Pt,最為常見的是GCPt環。還可以定制其它材質。

2 根據結構:可以分為固定電極和可換電極,固定電極最為常用,不可拆卸。可換電極是可以通過工具拆卸和組裝盤芯,環是固定的。

3 根據溫度使用范圍:可以分為常溫電極和高溫電極,常溫電極是聚四氟乙烯PTFE包裹電極,一般在15-35攝氏度之間使用。高溫電極是聚醚醚酮PEEK包裹電極,一般在15-70攝氏度之間使用。如果需要更高溫度如70-200攝氏度,需要定制電極及改裝旋轉圓盤圓環裝置。

4)應用方向:RRDE一般用于中間產物機理研究,在盤上發生反應,環上收集中間產物。收集的中間產物可以是液體如過氧化氫,也可以是氣體如氧氣,還可以是其它物質。RRDE的收集率只與電極尺寸有關,與研究體系無關。

如下是利用美國PINE公司WaveDriver200雙恒電位儀Aftermath軟件測試OER法拉第效率。測量原理:在盤電極上加一個恒電流發生OER反應產生氧氣,在環電極上加一個恒電壓發生ORR反應消耗氧氣,通過盤電流、環電流以及盤環電極的收集效率即可計算法法拉第效率FE

(附圖來源:Zhao SL, et al., Nature Energy, 2016, 16184.

值得注意的是盤電極上施加恒電流,環電極上施加恒電壓,并不是所有的電化學工作站都支持此功能。PINE公司的WaveDriver200雙恒電位儀可以支持測試。提供6種四電極測量模式。除了常見的Collection模式(盤上CV或者LSV,環上恒電壓)以外,還有其它5種測量模式,可以提供恒電流、恒電壓、電流掃描等測量方式。

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