Molecular aspects of solid state and interfacial electrochemistry. 26-31 августа 2012 г. Дубна, Россия.

Евгений Волков, Александр Чикин
ООО “ПОЛИКОМ”, 142432, Московская область,
г. Черноголовка, ул. Лесная, д. 9, www.fuelcell.su, e-mail: info@fuelcell.su

Компания Поликом представляет на Российском рынке продукцию АМЕТЕК (США) - производителя знаменитых приборов для электрохимических измерений  Princeton Applied Research (PAR) и Solartron. Эти приборы являются уникальными в своей области и обладают высоким качеством и непревзойденными характеристиками. В частности, потенциостаты PAR позволяют измерять малые значения потенциала измерительных электродов на фоне большого (до 100 В) падения напряжения на вспомогательном электроде. Импедансметры Solartron имеют возможность измерения импеданса 4-х электродным методом на фоне больших сопротивлений токовых электродов а также проведения измерений в неравновесных условиях.

Специалисты компании Поликом имеют опыт в планировании и проведении измерений как в области классической вольтамперометрии и коррозионных измерений, так и в анализе импеданса электрохимических систем и импульсных измерениях.

Например, при изучении процессов электродиализа и миграции ионов через ионообменную мембрану возникает необходимость измерения ЦВА и импедансных спектров мембраны, на которой падает достаточно низкое напряжение (1-3 В). В то же время электролит является сильно разбавленным и падение напряжения на участках между токовыми электродами достигает нескольких десятков вольт.

Подобная задача требует приборов с компенсацией синфазной составляющей с уровнем до 100 В. Для этих измерений была подобрана схема включения и прибор PARSTAT 2273, допускающие измерения частотного отклика в диапазоне 0,01 Гц - 1 МГц при потенциале вспомогательного электрода до 100 В.
Другой сложной проблемой малосигнальных измерений является исследование ХИТ. Исследования таких систем обычно проводятся в режиме работы источника тока, под нагрузкой. Соответственно система не находится в равновесии и изменяется во времени. При этом измерения проводятся на неравновесных системах, изменяющихся во времени под нагрузкой.

Классическая теория импедансных измерений [1] не позволяет интерпретировать спектры, полученные вдали от равновесия, в терминах отдельных стадий процесса в силу нелинейности вольтамперной зависимости электрохимического процесса, так как при больших возмущениях перечисленные процессы не являются аддитивными. Более того, для изучения процессов в ХИТ на фоне дрейфа параметров во времени важны измерения инфранизкочастотного импеданса [2-3]. Однако, несмотря на неполную математическую обоснованность, можно предложить методы интерпретации и постановки эксперимента, позволяющие использовать импедансную спектроскопию для исследования ХИТ. В связи с этим в номенклатуре приборов Solartron присутствуют бустеры, позволяющие вести измерения ЦВА и импедансных спектров при больших токах нагрузки.

1.    Impedance Spectroscopy Theory Experiment and Applications, 2-nd edition // Ed. Barsoukov E., Macdonald J.R., Wiley. 2005.
2.    Harper J., Rust M., Sayers B., Savage A. High frequency, high current impedance spectroscopy: Experimental protocols enabling measurement up to 1 MHz at high current densities // Solartron Analytical, Farnborough, UK.
3.    Shis H., Lo T., Electrochemical Impedance Spectroscopy for Battery Research and Development // Solartron Analytical, Farnborough, UK.

Evgeny Volkov, Alexander Chikin
POLYCOM LTD., 142432, Moscow region,
Chernogolovka, Lesnaya st., 9, www.fuelcell.su, e-mail: info@fuelcell.su

POLYCOM Company represents on the Russian market different products of AMETEK (USA) Company – the famous manufacturer of precision electrochemical test systems Princeton Applied Research (PAR) and Solartron Analytical. The testing equipment of these brands have high quality and outstanding characteristics. In particular, PAR potentiostats allow to measure low potential of reference electrodes against the background of high (up to 100 V) voltage drop at counter. Impedancemeters Solartron allow to carry out the impedance measurements by 3- and 4-terminals methods at high resistance of current electrodes as well as to study the systems in non-equilibrium conditions.
 
POLYCOM specialists have great experience in experimental research work in field of classic voltammetry and corrosion measurements, impedance analysis of electrochemical systems and in pulse measurements.

For example, the non-standard problem for voltammetry and impedance measurements arises during investigation of the electrodialysis processes and ion migration through the ion-exchange membrane. For this experiment it's necessary to measure CVA and impedance spectra of the membrane that has rather law voltage drop (about 1-3 V). At the same time the electrolyte is very dilute, and the voltage drop between current electrodes is very high (up to 100 volts).

This kind of problems require both special cell geometry and the instrument, which would provide high suppression of the co-phasal component (up to 100 V). The instrument PARSTAT 2273 was selected for this purpose and the special scheme of the measurements was proposed. Application of this tool allows measuring the frequency response in the range of 0.01 Hz – 1 MHz at the background of voltage of the counter electrode equal to 100 V.

The other complex problem of low signal electrochemical methods is the investigation of the electrochemical current sources (ECS). The investigation of these systems usually has to be done in their operating mode under load. These systems are in non-equilibrium conditions and they change during the operation time.

Unfortunately classic impedance theory [1] does not allow interpreting the spectra received far from the equilibrium. They are hard to be described by separate stages of the process due to non-linearity of the current-voltage dependence of the electrochemical process, as at high perturbations the processes are not additive. Moreover in order to study the processes in the ECS against the background parameters drift in time it is important to measure the impedance at very low frequencies [2,3]. In spite of imperfect mathematical validity it is possible to propose the methods of experimental planning and data interpretation, which provide the possibility of application of impedance spectroscopy for ECS investigation. That is why the Solartron division proposes to the customers the power boosters for measurements under high currents.

1.    Impedance Spectroscopy Theory Experiment and Applications, 2-nd edition // Ed. Barsoukov E., Macdonald J.R., Wiley. 2005.
2.    Harper J., Rust M., Sayers B., Savage A. High frequency, high current impedance spectroscopy: Experimental protocols enabling measurement up to 1 MHz at high current densities // Solartron Analytical, Farnborough, UK.
3.    Shis H., Lo T., Electrochemical Impedance Spectroscopy for Battery Research and Development // Solartron Analytical, Farnborough, UK.