Elettrochimica

Un potenziostato è uno strumento elettrochimico che controlla la differenza di potenziale (tensione) tra l'elettrodo di lavoro e l'elettrodo di riferimento, misurando al contempo il flusso di corrente risultante tra l'elettrodo di lavoro e il controelettrodo. Mantiene un potenziale costante, rendendolo ideale per lo studio di reazioni redox, corrosione e processi in cui il controllo preciso del potenziale è fondamentale.

Un galvanostato, invece, controlla la corrente di cella anziché la tensione. Questo lo rende adatto ad applicazioni in cui è richiesto il mantenimento di una corrente costante, come l'elettrolisi, l'elettrodeposizione o i test di carica-scarica delle batterie.

Tutti gli strumenti Metrohm Autolab e Metrohm Dropsens combinano capacità potenziostatiche e galvanostatiche in un unico dispositivo, consentendo agli utenti di selezionare la modalità più adatta in base alle proprie esigenze sperimentali.

Application Note: Basic overview of the working principle of a potentiostat/galvanostat (PGSTAT) – electrochemical cell setup

Blog: Veloce e fondamentale – Influenze su misurazioni elettrochimiche affidabili

Considerare i seguenti criteri per selezionare un potenziostato adatto:

1. Gamma di tensione e corrente
2. Carico di lavoro
3. Portabilità
4. Combinazione o soluzione all-in-one

Gamma di tensione e corrente

Considera la gamma di potenziali e correnti con cui ti aspetti di lavorare.

• Requisiti di base: tensione di conformità fino a ± 10 V, corrente massima fino a ± 100 mA:  PGSTAT101, Autolab IMP, μStat-i 400 – Piccolo, leggero e conveniente
• Requisito moderato: tensione di conformità ± 20 V, corrente max. ± 400 mA: PGSTAT204 – Piccolo e in grado di aggiungere un altro modulo (ad esempio EIS)
• Requisiti avanzati: tensione di conformità ± 30 V, corrente max. ± 2 A (aggiornabile): PGSTAT302N – Personalizzabile con una gamma di moduli
• Requisiti rigorosi: tensione di conformità ± 50 V, corrente massima ± 6 A: VIONIC powered by INTELLO – Specifiche più elevate e moduli multipli in un unico strumento

Carico di lavoro

Se si prevede di eseguire più esperimenti contemporaneamente, potrebbe essere necessario un potenziostato con più canali.

Vai alla linea multicanale

Vai alla linea multicanale portatile

Portabilità

Un potenziostato portatile può essere utile in vari scenari in cui sono necessarie mobilità, lavoro sul campo o misurazioni in loco. Metrohm può fornire potenziostati portatili sia monocanale che multicanale.

Vai alla linea monocanale portatile

Vai alla linea multicanale portatile

Elettrochimica combinata con strumenti di terze parti o spettroelettrochimica integrata in un unico strumento

In un potenziostato, la modalità a terra viene utilizzata quando nessuno degli elettrodi né il contenitore della cella hanno una connessione diretta con la terra. Questa è la modalità più comunemente utilizzata per gli esperimenti elettrochimici eseguiti in laboratorio (ad esempio, ricerca sull'elettrochimica a umido, ricerca sulle batterie, test di corrosione in laboratorio, ecc.). Se durante gli esperimenti elettrochimici vengono utilizzati altri dispositivi, è possibile utilizzare la faraday cage per metterli a terra.

La modalità flottante deve essere utilizzata nei seguenti tre casi principali:

1. Quando l'elettrodo di lavoro è collegato direttamente alla terra (WE a terra): test di corrosione all'aria aperta, permeazione di idrogeno, microscopia elettronica in situ
2. Quando il controelettrodo è collegato direttamente alla terra (CE collegato a terra): Bioreattori, autoclavi
3. Quando l'intera cella è collegata direttamente alla terra (cella messa a terra): tribocorrosione, autoclave

In tutti i casi sopra menzionati, la misurazione corretta della corrente è possibile solo se il potenziostato viene utilizzato con la modalità flottante corretta.

Il termine "flottazione selezionabile" si riferisce alla capacità dei potenziostati/galvanostati di selezionare lo stato fondamentale della configurazione della cella. Data l'ampia varietà di requisiti sperimentali e tipologie di celle elettrochimiche, l'utilizzo di uno strumento elettrochimico con funzione flottante (come VIONIC o µStat-i multiX tra gli altri) offre all'utente una maggiore versatilità.

Per eseguire una misurazione idrodinamica elettrochimica e indurre un flusso idrodinamico o una convezione controllati, è necessario:

• Apparecchiatura come un rotating disk electrode (RDE) o un rotating ring-disk electrode (RRDE), che fa ruotare l'elettrodo a una velocità stabile per migliorare il trasferimento di massa
• Un potenziostato dotato di software in grado di controllare l'RDE o l'RRDE

Presso Metrohm offriamo diversi modelli di potenziostati che possono essere utilizzati con i nostri RDE e RRDE tramite software dedicato.

Per simulare condizioni di flusso turbolento in un tubo in laboratorio per la ricerca sulla corrosione elettrochimica, l'approccio più comune e pratico è l'utilizzo di un elettrodo a cilindro rotante (RCE). La configurazione RCE ricrea realisticamente le condizioni di flusso turbolento presenti all'interno dei tubi ruotando l'elettrodo, il che migliora il trasporto di massa e imita il flusso turbolento del fluido sperimentato nelle condotte reali.

Inoltre, è essenziale anche un potenziostato con software dedicato in grado di controllare la velocità di rotazione dell'RCE.

White Paper: Migliori pratiche di corrosione: creazione di condizioni di flusso nei tubi mediante un elettrodo a cilindro rotante

Sì, è possibile eseguire misure elettrochimiche con due o più elettrodi di lavoro nella stessa cella. È possibile scegliere tra diverse configurazioni sperimentali in base alle esigenze della ricerca.

Se la vostra ricerca prevede l'utilizzo di un elettrodo rotante ad anello-disco (RRDE) o di un singolo elettrodo serigrafato che integra due elettrodi di lavoro, avrai bisogno di un bipotenziostato. Metrohm offre diversi modelli di potenziostato con funzionalità bipotenziostato, come AUT302N o PGSTAT204 o modelli portatili come STAT-I-400.

Se la tua ricerca richiede più di due elettrodi di lavoro nella stessa cella elettrochimica, sono disponibili altre soluzioni:

• Potentiostat con multiBA: per misurazioni simultanee su un massimo di sei elettrodi di lavoro o STAT-I MULTI16 per misurazioni simultanee su un massimo di 16 elettrodi di lavoro.
• Potenziostato con modulo multiplexer (MUX-SCNR16): per misure sequenziali su un massimo di 128 elettrodi di lavoro

Per analizzare i risultati EIS, è in genere necessario un software specializzato con strumenti di adattamento dei dati. Questo processo prevede la costruzione di un circuito equivalente in modo flessibile e l'adattamento dei dati equivalenti calcolati ai risultati misurati. Attraverso questo processo di adattamento, il software determina e visualizza i valori quantitativi di ciascun elemento del circuito, consentendo una chiara interpretazione del comportamento elettrochimico del sistema.

Presso Metrohm, i nostri software per potenziostati, INTELLO, NOVA e DropView 8400, offrono tutte queste funzionalità per garantire un'analisi dei dati EIS precisa e affidabile.