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DSR数字型旋转圆盘电极与常见的电化学应用介绍

更新时间:2024-05-17点击次数:90

DSR数字型旋转圆盘电极是相对于传统模拟型旋转圆盘电极进行的升级,凭借“数字化,更精准,‘狠’稳定"的技术优势得到市场关注。

在实际应用中,DSR数字型旋转圆盘电极可以展开哪些实验应用呢?这篇文章告诉你。

1、氢燃料电池催化剂评价与研究

当前,我国氢能技术领域不断创新、PEM燃料电池、电解水制氢会用到催化剂材料。目前催化剂主要是贵金属铂(Pt),由于铂的稀缺资源量限制了氢能大规模商用化发展,研究探索降低铂载量及非铂、非贵金属催化剂技术,对于氢能商用化具有时代意义。




(低负载和高负载催化剂层上的旋转圆盘电极测试:质子交换膜燃料电池用多孔微米碳干凝胶颗粒负载Pt催化剂的扩散极限和应用)


2、锂空电池研究

锂空气电池也称为锂氧电池(Li-O2),是一种用锂作负极,以空气中的氧气作为正极反应物的电池,它比锂离子电池具有更高的能量密度,是近年来新能源技术领域重要研究方向。

在锂空电池中,氧气从环境获取,氧作为阳极反应物不受限,所以锂空电池的容量取决于锂电极(阴极)。锂空电池也需要催化剂进行反应,催化剂的活性越高,电池的充放电效率和循环寿命就越好。通过旋转圆盘电极,探究不同电催化材料活性,开发高效的廉价的催化剂材料,对于锂空电池技术发展具有重大作用。



(阴极孔隙率对锂空气电池氧还原反应的影响——旋转环盘电极研究)


3、电化学动力学研究    


电化学动力学研究主要研究对象是电极反应动力,通过控制旋转电极的转速,实现恒定的质量传递及可控的群体传递条件,进行电极反应实验研究,获取极化曲线和电化学参数,推断反应历程和速率控制步骤,推论出合理的电极反应机理,提供生产应用理论依据。


(旋转圆盘电极上的电催化反应模型)


4、氧还原反应(ORR)研究    

氧还原反应(ORR)本质是电子转移的过程,也就是能量转换的过程,因此,理论上每一个氧化还原反应都可以做成一个原电池。

氧气还原反应(ORR)是燃料电池和金属空气电池等多种能量存储技术中最重要的催化过程之一,是现代可持续工业能源储存和转换技术的核心。



(利用旋转圆盘电极技术测量铂电催化剂的氧还原反应:I. 杂质的影响、测量方法和应用的校正方法


5、 氧析出反应(OER)研究     

氧气析出反应(OER)在电解水、可充电金属-空气电池等清洁能源的制备和转化利用中起到重要作用,氧气析出反应的动力学十分缓慢,需要优良的催化剂材料,目前有效的OER催化剂是IrO2和RuO2,但受限于贵金属及其氧化物成本高、资源短缺的因素,研究开发低成本材料、工业相关活性和长期耐用性的OER催化剂具有重要意义。


(旋转圆盘电极条件对Ir纳米颗粒催化剂析氧反应活性的影响及其与膜和电极组件的比较)


6、氢析出反应(HER)研究    

氢气被广泛认为是可再生清洁能源的替代来源。通过电解水制氢的“绿氢"方式是目前氢能研究热门方向。电解水时,质子或水合氢离子在阴极得到电子,发生还原反应,生成氢气析出,该过程简称为氢还原反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)。

通过氢析出反应(HER)研究,开发工业氢气经济性策略,对于氢能商用化发展,意义非凡。


(旋转圆盘电极析氢反应动力学测量中氢扩散极限的修正)


7、二氧化碳还原(CO2RR)研究    

二氧化碳还原反应 (CO2RR) 为可再生电力能源以储存在化学键中的形式转化为高附加值的燃料和化工原料提供了一种可行的方法,是实现自然界"碳循环"、缓解因过度排放CO2所导致诸多环境问题的关键技术。通过CO2RR可以生产一氧化碳(CO)、甲烷、甲酸盐、甲醇、乙烯和碳链更长的烷烃等一系列产品。

在科研领域,通过旋转圆盘电极展开二氧化碳反应(C02RR)研究,开发高活性、高选择性、高稳定性的电催化剂是进一步推进该技术实际应用的重要前提。


(中性和弱酸性介质中 CO2 还原和 H2 生成过程中界面 pH 值的电位旋转环盘电极研究)


8、缓蚀剂评价与研究     

缓蚀剂又称为“腐蚀抑制剂",在各种金属腐蚀的各类防护方法中,使用缓蚀剂是工艺简便,适用性强的技术策略,广泛应用于油气开采、机械、化工、能源等领域。

利用旋转圆柱电极,结合电化学方法(电化学交流阻抗、极化曲线)研究缓蚀剂在界面处的作用效果及机理,从而评价和筛选更优质的缓蚀剂材料成分结构,开发更好的缓蚀剂产品。


(利用旋转圆盘电极(RDE)研究O2/CO2共存环境下,碳钢管线在不同浓度缓蚀剂中的腐蚀电化学行为)


9、金属材料腐蚀电位研究    

金属的腐蚀问题遍及各行各业,不仅造成了资源的严重浪费,而且在工业生产过程中易导致较大的安全隐患,对人身和财产安全造成巨大威胁。

在科研实验中,金属材料的腐蚀电位是金属腐蚀与防护的最基本参数之一,基于电化学原理,应用旋转圆盘电极测量金属材料与电解质溶液之间的电流和电势变化,来揭示腐蚀过程中的电化学反应。



(旋转圆盘电极上金属电沉积的极限电流:溶液组成和迁移性质的作用)


通过以上实验论文,可以看到,旋转圆盘电极应用非常广泛。通过DSR数字型旋转圆盘电极,展开相关实验研究,助力科研技术创新



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