คุณภาพ พันธมิตรพลังงานช่องเดียว & พันธมิตรพลังงานหลายช่อง ผู้ผลิต

พื้นหลัง ด้วยความต้องการพลังงานทั่วโลกที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลทำให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมหลายประการ นักวิจัยทั้งในและต่างประเทศมุ่งมั่นที่จะสำรวจพลังงานสะอาดและอุปกรณ์จัดเก็บและแปลงพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพ ด้วยข้อได้เปรียบของทรัพยากรที่อุดมสมบูรณ์ สะอาดและมีประสิทธิภาพ ความหนาแน่นของพลังงานสูง และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม พลังงานไฮโดรเจนจึงเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนในอุดมคติ อย่างไรก็ตาม การจัดหาและกักเก็บไฮโดรเจนถือเป็นปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่จำกัดการพัฒนา วิธีการผลิตไฮโดรเจนในปัจจุบัน ได้แก่ การผลิตไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ชีวมวลเป็นการผลิตไฮโดรเจนเป็นวัตถุดิบ และการแยกน้ำ ในหมู่พวกเขา การผลิตไฮโดรเจนโดยการแยกน้ำกำลังดึงดูดความสนใจของผู้คนมากขึ้น เนื่องจากข้อดีของการปกป้องสิ่งแวดล้อมสีเขียว ความยั่งยืนและความสะดวกในการพัฒนาอุตสาหกรรม ฯลฯ การแยกน้ำเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาวิวัฒนาการของออกซิเจน (OER) และปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจน (HER) ปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเหล่านี้ โดยเฉพาะ OER มีอัตราจลน์ที่ช้า นำไปสู่ศักยภาพที่สูงเกินไปและประสิทธิภาพต่ำ ซึ่งจำกัดการพัฒนาและการประยุกต์ใช้อุปกรณ์แปลงพลังงานในทางปฏิบัติอย่างรุนแรง การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าสามารถลดอุปสรรคด้านพลังงานของปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยา และลดศักยภาพที่สูงเกินไป เพื่อให้ OER เสร็จสมบูรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์แปลง ดังนั้นการสำรวจตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า OER ที่มีประสิทธิภาพสูงจึงได้กลายเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์แปลงพลังงาน ทฤษฎี OER เป็นปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งที่สำคัญของอุปกรณ์แปลงพลังงานเคมีไฟฟ้า เช่น การแยกน้ำและแบตเตอรี่โลหะ-อากาศ ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดและด่าง OER เป็นกระบวนการสี่อิเล็กตรอนที่มีอัตราจลน์ช้า ซึ่งจะจำกัดประสิทธิภาพของอุปกรณ์แปลงพลังงานไฟฟ้าเคมี ประสิทธิภาพโดยรวม ตามการคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น OER ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดและด่างเกี่ยวข้องกับการดูดซับตัวกลาง OOH*, O* และ OH* ความแตกต่างก็คือขั้นตอนแรกของ OER ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดคือการแยกตัวของน้ำ และผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือ H-และโอ2ในขณะที่ขั้นตอนแรกของ OER ภายใต้สภาวะที่เป็นด่างคือการดูดซับ OH-และผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือ H2โอ และ โอ2ดังแสดงในสูตรต่อไปนี้สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด: ปฏิกิริยาโดยรวม:2H2โอ → 4ชม-+ โอ2+4อี- -+ ฮ2โอ ⇌ โอ้-+ ฮ-+ อี-โอ้-⇌ โอ-+ ฮ-+ อี-โอ-+ ฮ2โอ้ ⇌ โอ้-+ ฮ-+ อี-โอ้--+ โอ2+ ฮ-+ อี-สภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง: ปฏิกิริยาโดยรวม:4OH-→ 2ชม2โอ + โอ2+4อี- -+ โอ้-⇌โอ้-+ อี-โอ้-+ โอ้-⇌ โอ-+ ฮ2โอ + อี-โอ-+ โอ้-⇌ โอ้-+ อี-โอ้-+ โอ้--+ โอ2+ ฮ2โอ + อี- โดยที่ * หมายถึงตำแหน่งที่ทำงานอยู่บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา และ OOH*, O* และ OH* หมายถึงตัวกลางในการดูดซับตามกลไกปฏิกิริยาอิเล็กทรอนิกส์สี่ขั้นตอนของ OER ปัจจัยสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของ OER สามารถวิเคราะห์ได้จากมุมมองทางทฤษฎี:(1) การนำไฟฟ้าที่ดี เนื่องจากกระบวนการปฏิกิริยา OER เป็นปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสี่อิเล็กตรอน ค่าการนำไฟฟ้าที่ดีจะเป็นตัวกำหนดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนอย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยให้เกิดความก้าวหน้าของปฏิกิริยาพื้นฐานแต่ละปฏิกิริยา(2) ตัวเร่งปฏิกิริยามีการดูดซับ OH อย่างแรง-- ยิ่งปริมาณ OH มากเท่าไร-เมื่อดูดซับก็จะยิ่งง่ายขึ้นสำหรับปฏิกิริยาอิเล็กทรอนิกส์สามขั้นตอนที่ตามมาเพื่อดำเนินการต่อ(3) ความสามารถในการดูดซับสารเคมีของออกซิเจนที่แข็งแกร่งและความสามารถในการดูดซับทางกายภาพของออกซิเจนที่อ่อนแอ หากความสามารถในการดูดซับสารเคมีของออกซิเจนมีความเข้มข้น O2โมเลกุลที่ผลิตในระหว่างกระบวนการเร่งปฏิกิริยาจะถูกดูดซับได้ง่ายขึ้นจากบริเวณที่ทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา หากความสามารถในการดูดซับทางกายภาพของออกซิเจนอ่อน O2โมเลกุลมีแนวโน้มที่จะตกตะกอนจากพื้นผิวอิเล็กโทรด และสามารถส่งเสริมอัตราปฏิกิริยา OER ได้ สิ่งนี้มีความสำคัญเป็นแนวทางที่สำคัญสำหรับการสังเคราะห์และการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา OER การประเมินประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา OER ศักยภาพเริ่มต้นและศักยภาพสูงเกินไป ศักยภาพเริ่มต้นเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสำหรับกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า แต่สำหรับกระบวนการ OER ศักยภาพเริ่มต้นนั้นสังเกตได้ยาก ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าของ OER จำนวนมากมีองค์ประกอบของโลหะทรานซิชัน เช่น Fe, Co, Ni เป็นต้น ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันในระหว่างกระบวนการ OER และสร้างพีคของออกซิเดชัน ซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญในการสังเกตศักยภาพเริ่มต้น ดังนั้นในกระบวนการ OER จึงมีความเป็นวิทยาศาสตร์และเชื่อถือได้มากกว่าในการสังเกตค่าศักย์ไฟฟ้าเกินที่สอดคล้องกันเมื่อความหนาแน่นกระแสคือ 10 10 mA cm-2หรือสูงกว่าค่าศักย์ไฟฟ้าเกินได้มาจากโวลแทมเมทรีแบบกวาดเชิงเส้น (LSV) ศักยภาพที่สูงเกินไปหมายถึงความแตกต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด (เทียบกับ RHE) ที่ความหนาแน่นกระแสจำเพาะ (ปกติคือ 10 mA cm-2) และศักย์ไฟฟ้าสมดุลของปฏิกิริยาอิเล็กโทรดที่ 1.23 V โดยทั่วไปมีหน่วยเป็น mV ดังที่แสดงในรูปที่ 1 ตามความแตกต่างในศักยภาพมากเกินไปของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า OER ที่ความหนาแน่นกระแส 10 mA cm-2 เกณฑ์การประเมินสำหรับผลการเร่งปฏิกิริยาก็แตกต่างกันเช่นกัน ยิ่งค่าศักย์ไฟฟ้าเกินมีค่าน้อยเท่าใด พลังงานที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาก็จะน้อยลงเท่านั้น และกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ค่าศักยภาพสูงเกินไปของตัวเร่งปฏิกิริยา OER ที่มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาในอุดมคติ โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 200~300 mV รูปที่ 1 เกณฑ์การประเมินกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา ทางลาดทาเฟล Tafel plot คือกราฟความสัมพันธ์ระหว่างศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดและกระแสโพลาไรเซชัน สามารถสะท้อนจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาของกระบวนการ OER และคาดเดากลไกปฏิกิริยาของกระบวนการ OER ได้ สูตรสมการคือ:η = a + b·log|j|โดยที่ η แทนค่าศักย์ไฟฟ้าเกิน b แทนความชันทาเฟล j คือความหนาแน่นกระแส และ a คือค่าคงที่ ความชันทาเฟลที่ได้รับตามสมการสามารถใช้เพื่อชี้แจงจลนศาสตร์และขั้นตอนการกำหนดความเร็วในกระบวนการทำปฏิกิริยา โดยทั่วไป ยิ่งความลาดเอียงของทาเฟลมีขนาดเล็กลง อุปสรรคในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนของตัวเร่งปฏิกิริยาในระหว่างกระบวนการเร่งปฏิกิริยาก็จะน้อยลงเท่านั้น และกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ความมั่นคง ความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาจะเป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าสามารถนำไปใช้ในขนาดใหญ่ในการผลิตจริงได้หรือไม่ และเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดที่สำคัญของประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา สำหรับ OER มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า OER ตัวอย่างเช่น ความเป็นกรดและความเป็นพื้นฐานของสารละลายจะส่งผลต่อความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า OER จำนวนมากมีความเสถียรภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง แต่ไม่ดีภายใต้สภาวะที่เป็นกรด นอกจากนี้ วิธีการสัมผัสของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าและอิเล็กโทรดทำงานยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อความเสถียรอีกด้วย โดยทั่วไป การเติบโตโดยตรงของตัวเร่งปฏิกิริยาในแหล่งกำเนิดบนอิเล็กโทรดทำงานจะมีความเสถียรมากกว่าสารยึดเกาะอินทรีย์บนอิเล็กโทรดทำงานปัจจุบันมีการทดสอบเคมีไฟฟ้าสองรายการเพื่อตัดสินความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยา หนึ่งคือโครโนโพเทนชิโอเมทรี (เช่น กัลวาโนสแตติก) อิเล็กโทรดใช้กระแสไฟฟ้าคงที่ จากนั้นเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าจะถูกตัดสินโดยการสังเกตการเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้าเมื่อเวลาผ่านไป ในทำนองเดียวกัน เส้นโค้ง it (เช่น โพเทนชิโอสแตติก) ก็สามารถนำไปใช้ในการทดสอบตัวเร่งปฏิกิริยาได้เช่นกัน ด้วยการใช้ศักย์คงที่บนอิเล็กโทรด โดยสังเกตการเปลี่ยนแปลงของกระแสตามเวลา เราจึงสามารถกำหนดความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาได้ อีกประการหนึ่งคือทำการทดสอบไซคลิกโวลแทมเมทรี (CV) หลายพันหรือหลายหมื่นครั้งกับตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าในช่วงกวาดที่เป็นไปได้ และตัดสินความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าโดยการเปรียบเทียบเส้นโค้งโพลาไรเซชันของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าก่อนและหลังการทดสอบโวลแทมเมทรีแบบวงจร .นอกเหนือจากการทดสอบเคมีไฟฟ้าแล้ว การใช้การทดสอบลักษณะเฉพาะของเฟสบางอย่าง เช่น XRD, XPS, SEM, TEM ฯลฯ เพื่อเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงเฟสของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าก่อนและหลังการเร่งปฏิกิริยา ยังสามารถใช้เพื่อตัดสินความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าอีกด้วย การตั้งค่าการทดลอง เครื่องดนตรี: โพเทนชิโอมิเตอร์แบบ Corrtestเรา: อิเล็กโทรดทำงานแบบคาร์บอนคล้ายแก้วซึ่งมีตัวเร่งปฏิกิริยาทาอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวRE: อิเล็กโทรดอ้างอิง Ag/AgClCE: แท่งกราไฟท์สารละลาย: 0.1 M KOH การทดสอบเคมีไฟฟ้า กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า เทคนิค: โวลแทมเมทรีแบบวงจร (CV)ช่วงศักยภาพ: 0~1 V (เทียบกับ Ag/AgCl)อัตราการสแกน: 50 mV วินาที-1เทคนิค – โวลแทมเมทรีแบบกวาดเชิงเส้น (LSV): ช่วงที่เป็นไปได้: 0~1V (เทียบกับ Ag/AgCl) อัตราการสแกน 5 mV วินาที-1 รูปที่ 2 การตั้งค่าพารามิเตอร์ CV   รูปที่ 3 การตั้งค่าพารามิเตอร์ LSV สเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์เคมีไฟฟ้า (EIS) ใช้เพื่อศึกษาจลนพลศาสตร์ของวิวัฒนาการออกซิเจนด้วยไฟฟ้าของตัวเร่งปฏิกิริยา และสเปกตรัมอิมพีแดนซ์จะถูกติดตั้งโดยการสร้างวงจรที่เทียบเท่ากัน วงจรประกอบด้วย Rs (ความต้านทานของสารละลาย), Rct (ความต้านทานการถ่ายโอนประจุ) และ CPE (องค์ประกอบมุมเฟสคงที่)สภาวะการทดสอบอิมพีแดนซ์เคมีไฟฟ้า (EIS) คือ 0.5 V (เทียบกับ Ag/AgCl) ช่วงการทดสอบความถี่คือ 1 Hz ~100 kHz และแรงดันรบกวนคือ 5 mV รูปที่ 4 การตั้งค่าพารามิเตอร์ EIS ความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า เทคนิคของการทดสอบโวลแทมเมทรีแบบโพเทนชิโอสแตติก กัลวาโนสแตติก และไซคลิกใช้เพื่อประเมินความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยา การทดสอบกัลวาโนสแตติกคือการใช้กระแสที่สอดคล้องกันภายใต้ความหนาแน่นกระแสที่แน่นอน (ปกติคือ 10 mA cm-2) เป็นเอาต์พุตกระแสคงที่ สังเกตการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าในช่วงเวลาทดสอบ (10 ชั่วโมง) จากนั้นจึงประเมินความเสถียร วิธีโพเทนชิโอสแตติกคือการใช้ศักย์ไฟฟ้าที่สอดคล้องกันภายใต้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง (ปกติคือ 10 mA cm-2) เป็นเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าคงที่ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในช่วงเวลาทดสอบ (10 ชั่วโมง) จากนั้นจึงประเมินความเสถียร ในการทดสอบโวลแทมเมทรีแบบวน ช่วงแรงดันไฟฟ้าคือ 0~1V (เทียบกับ Ag/AgCl) และ CV จะถูกสแกนแบบวนรอบ 1,000 รอบ ความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาแสดงโดยการเปรียบเทียบเส้นโค้งก่อนและหลังการทดสอบความเสถียร และการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลง รูปที่ 5. การตั้งค่าพารามิเตอร์ ประกาศ: RE: ควรเก็บอิเล็กโทรด Ag/AgCl ไว้ในที่มืดโดยไม่มีแสงสว่าง และโปรดอย่าใช้ในสารละลายอัลคาไลน์เป็นเวลานาน ไม่ควรใช้อิเล็กโทรดคาโลเมลอิ่มตัวในสารละลายอัลคาไลน์เป็นเวลานาน อิเล็กโทรด Hg/HgO เหมาะสำหรับสารละลายอัลคาไลน์ CE- ในการทดสอบ CV และ LSV เป็นเวลานาน ลวด Pt หรือแผ่น Pt จะสะสมบนพื้นผิวของวัสดุแคโทด คุณไม่ควรใช้ในการทดสอบวัสดุโลหะไม่มีค่าในเซลล์อิเล็กโทรลิซิสเสาหิน มีปัญหาสองประการในเซลล์อิเล็กโทรไลต์แก้ว: การกัดกร่อนของแก้วในสารละลายอัลคาไลน์และอิทธิพลของความไม่บริสุทธิ์ของ Fe ของแก้วต่อกิจกรรม OER หากการทดลองไม่แม่นยำเป็นพิเศษ เซลล์อิเล็กโทรไลต์แก้วก็ใช้ได้ แต่ถ้าคุณต้องการศึกษาอิทธิพลของปริมาณ Fe แนะนำให้ใช้โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน

การกัดกร่อนของโลหะ เมื่อวัสดุโลหะสัมผัสกับตัวกลางโดยรอบ วัสดุจะถูกทำลายเนื่องจากการกระทำทางเคมีหรือไฟฟ้าเคมี การกัดกร่อนของโลหะเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติทางอุณหพลศาสตร์ โดยเปลี่ยนโลหะที่มีสถานะพลังงานสูงให้เป็นสารประกอบโลหะที่มีสถานะพลังงานต่ำ ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ ปรากฏการณ์การกัดกร่อนในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมและปิโตรเคมีมีความซับซ้อนมากขึ้น รวมถึงการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมีของน้ำเกลือ H2S และ CO2. ธรรมชาติของกระบวนการกัดกร่อนส่วนใหญ่เป็นแบบไฟฟ้าเคมี คุณสมบัติทางไฟฟ้าของอินเทอร์เฟซโลหะ/สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (ชั้นไฟฟ้าคู่) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการศึกษาเกี่ยวกับกลไกการกัดกร่อน การวัดการกัดกร่อน และการตรวจสอบการกัดกร่อนในอุตสาหกรรม วิธีการทางไฟฟ้าเคมีที่ใช้กันทั่วไปในการวิจัยการกัดกร่อนของโลหะ ได้แก่ ศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด (OCP) เส้นโค้งโพลาไรเซชัน (Tafel plot) สเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าเคมี (EIS) 1. เทคนิคในการศึกษาการกัดกร่อน 1.1 OCP บนขั้วไฟฟ้าโลหะที่แยกได้ ปฏิกิริยาขั้วบวกหนึ่งปฏิกิริยาและปฏิกิริยาขั้วลบหนึ่งปฏิกิริยาจะดำเนินการด้วยความเร็วเท่ากันในเวลาเดียวกัน ซึ่งเรียกว่าการเชื่อมต่อของปฏิกิริยาขั้วไฟฟ้า ปฏิกิริยาของการเชื่อมต่อซึ่งกันและกันเรียกว่า “ปฏิกิริยาคอนจูเกชัน” และทั้งระบบเรียกว่า “ระบบคอนจูเกต” ในระบบคอนจูเกต ปฏิกิริยาขั้วไฟฟ้าสองตัวจะเชื่อมต่อกันและกัน และเมื่อศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าเท่ากัน ศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา สถานะนี้เรียกว่า “สถานะเสถียร” และศักย์ไฟฟ้าที่สอดคล้องกันเรียกว่า “ศักย์ไฟฟ้าเสถียร” ในระบบการกัดกร่อน ศักย์ไฟฟ้านี้เรียกว่า “(self) ศักย์ไฟฟ้ากัดกร่อน Ecorr” หรือ “ศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด (OCP)” และความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าที่สอดคล้องกันเรียกว่า “(self) ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้ากัดกร่อน icorr” โดยทั่วไป ยิ่งศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิดเป็นบวกมากเท่าใด ก็ยิ่งยากที่จะสูญเสียอิเล็กตรอนและถูกกัดกร่อนมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งบ่งชี้ว่าความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุนั้นดีกว่า เวิร์กสเตชันไฟฟ้าเคมี CS potentiostat/galvanostat สามารถใช้ตรวจสอบศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าแบบเรียลไทม์ของวัสดุโลหะในระบบได้เป็นเวลานาน หลังจากที่ศักย์ไฟฟ้าคงที่แล้ว จะสามารถรับศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิดของวัสดุได้ 1.2 เส้นโค้งโพลาไรเซชัน (Tafel plot) โดยทั่วไป ปรากฏการณ์ที่ศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าเบี่ยงเบนไปจากศักย์ไฟฟ้าสมดุลเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเรียกว่า “โพลาไรเซชัน” ในระบบไฟฟ้าเคมี เมื่อเกิดโพลาไรเซชัน การเลื่อนลงของศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าจากศักย์ไฟฟ้าสมดุลเรียกว่า “โพลาไรเซชันแคโทดิก” และการเลื่อนขึ้นของศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าจากศักย์ไฟฟ้าสมดุลเรียกว่า “โพลาไรเซชันแอโนดิก” ในการแสดงออกถึงประสิทธิภาพโพลาไรเซชันของกระบวนการขั้วไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์และใช้งานง่าย จำเป็นต้องกำหนดโอเวอร์-โพเทนเชียลหรือศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าตามฟังก์ชันของความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่า “เส้นโค้งโพลาไรเซชัน” สามารถคำนวณ icorr ของวัสดุโลหะได้โดยอิงจากสมการ Stern-Geary B คือสัมประสิทธิ์ Stern-Geary ของวัสดุ Rp คือความต้านทานโพลาไรเซชันของโลหะ หลักการในการรับ icorr ผ่านวิธีการ Tafel extrapolation ซอฟต์แวร์ Corrtest CS studio สามารถทำการปรับเส้นโค้งโพลาไรเซชันได้โดยอัตโนมัติ สโลป Tafel ในส่วนแอโนดและส่วนแคโทด เช่น ba และ bc สามารถคำนวณได้ icorr สามารถรับได้เช่นกัน โดยอิงจากกฎของฟาราเดย์และเมื่อรวมกับค่าเทียบเท่าทางไฟฟ้าเคมีของวัสดุ เราสามารถแปลงเป็นอัตราการกัดกร่อนของโลหะ (มม./ปี) 1.3 EIS เทคโนโลยีอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าเคมี หรือที่เรียกว่า อิมพีแดนซ์ AC วัดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า (หรือกระแสไฟฟ้า) ของระบบไฟฟ้าเคมีตามฟังก์ชันของเวลาโดยการควบคุมกระแสไฟฟ้า (หรือแรงดันไฟฟ้า) ของระบบไฟฟ้าเคมีตามฟังก์ชันของการเปลี่ยนแปลงแบบไซนูซอยด์เมื่อเวลาผ่านไป วัดอิมพีแดนซ์ของระบบไฟฟ้าเคมี และศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกปฏิกิริยาของระบบ (ตัวกลาง/ฟิล์มเคลือบ/โลหะ) และวิเคราะห์พารามิเตอร์ไฟฟ้าเคมีของระบบการวัดแบบปรับแต่ง สเปกตรัมอิมพีแดนซ์เป็นเส้นโค้งที่วาดจากข้อมูลอิมพีแดนซ์ที่วัดโดยวงจรทดสอบที่ความถี่ต่างๆ และสเปกตรัมอิมพีแดนซ์ของกระบวนการขั้วไฟฟ้าเรียกว่าสเปกตรัมอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าเคมี มีสเปกตรัม EIS หลายประเภท แต่ที่ใช้กันทั่วไปคือ Nyquist plot และ Bode plot 2. ตัวอย่างการทดลอง ยกตัวอย่างบทความที่เผยแพร่โดยผู้ใช้โดยใช้เวิร์กสเตชันไฟฟ้าเคมี CS350 บทนำโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการของระบบวัดการกัดกร่อนของโลหะ ผู้ใช้ศึกษาความต้านทานการกัดกร่อนของโครงค้ำยันโลหะผสม Ti-6Al-4V ที่เตรียมโดยวิธีขึ้นรูปแบบดั้งเดิม (ตัวอย่าง #1) วิธีการหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก (ตัวอย่าง #2) และวิธีการหลอมด้วยลำอิเล็กตรอน (ตัวอย่าง #3) โครงค้ำยันใช้สำหรับการฝังในมนุษย์ ดังนั้นตัวกลางการกัดกร่อนจึงเป็นของเหลวในร่างกายจำลอง (SBF) อุณหภูมิของระบบทดลองยังต้องควบคุมที่ 37℃ เครื่องมือ: CS350 Potentiostat/galvanostat อุปกรณ์ทดลอง:เซลล์กัดกร่อนแบบแบนหุ้ม CS936, เตาอบอบแห้งควบคุมอุณหภูมิ ยาที่ใช้ในการทดลอง: อะซิโตน, SBF, เรซินอีพ็อกซีบ่มที่อุณหภูมิห้อง ตัวกลางทดลอง: ของเหลวในร่างกายจำลอง (SBF)：NaCl-8.01,KCl-0.4,CaCl2-0.14,NaHCO3-0.35,KH2PO 4-0.06, กลูโคส -0.34, หน่วยคือ: g/L ตัวอย่าง (WE) โครงค้ำยันโลหะผสม Ti-6Al-4V 20×20×2 มม. พื้นที่ทำงานที่เปิดออกคือ 10×10 มม. พื้นที่ที่ไม่ผ่านการทดสอบเคลือบ/ปิดผนึกด้วยเรซินอีพ็อกซีบ่มที่อุณหภูมิห้อง ขั้วไฟฟ้าอ้างอิง (RE): ขั้วไฟฟ้าคาโลเมลอิ่มตัว ขั้วไฟฟ้าเคาน์เตอร์ (CE): ขั้วไฟฟ้าการนำไฟฟ้า CS910 Pt เซลล์กัดกร่อนแบบแบนหุ้ม 2.1 ขั้นตอนการทดลองและการตั้งค่าพารามิเตอร์ 2.1.1 OCP ก่อนทำการทดสอบ ขั้วไฟฟ้าทำงานต้องขัดจากหยาบไปละเอียด (360 mesh, 600 mesh, 800 mesh, 1000 mesh, 2000 mesh ตามลำดับ) จนกว่าพื้นผิวจะเรียบ หลังจากขัดแล้ว ให้ล้างด้วยน้ำกลั่นแล้วขจัดไขมันออกโดยใช้อะซิโตน ใส่ในเตาอบอบแห้งควบคุมอุณหภูมิและอบแห้งที่ 37℃ เพื่อใช้ ประกอบตัวอย่างลงในเซลล์กัดกร่อน ใส่ของเหลวในร่างกายจำลองลงในเซลล์กัดกร่อน และใส่ขั้วไฟฟ้าคาโลเมลอิ่มตัว (SCE) พร้อมสะพานเกลือลงในเซลล์กัดกร่อนแบบแบน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปลายของเส้นเลือดฝอย Luggin หันหน้าไปทางพื้นผิวขั้วไฟฟ้าทำงาน ควบคุมอุณหภูมิที่ 37℃ โดยการหมุนเวียนของน้ำ เชื่อมต่อขั้วไฟฟ้ากับ potentiostat ด้วยสายเซลล์ การทดลอง→โพลาไรเซชันคงที่→OCP OCP คุณควรป้อนชื่อไฟล์สำหรับข้อมูล ตั้งค่าเวลาทั้งหมดของการทดสอบ และเริ่มการทดสอบ OCP ของวัสดุโลหะในสารละลายจะเปลี่ยนแปลงช้าๆ และต้องใช้เวลานานพอสมควรเพื่อให้คงที่ ดังนั้นจึงแนะนำให้ตั้งเวลาไม่น้อยกว่า 3000 วินาที 2.1.2 เส้นโค้งโพลาไรเซชัน การทดลอง→โพลาไรเซชันคงที่→ไดนามิกศักย์ไฟฟ้า การสแกนไดนามิกศักย์ไฟฟ้า ตั้งค่าศักย์ไฟฟ้าเริ่มต้น ศักย์ไฟฟ้าสุดท้าย และอัตราการสแกน เลือกโหมดเอาต์พุตศักย์ไฟฟ้าเป็น “vs. OCP” สามารถตรวจสอบ “Use” เพื่อเลือกจุดยอด E#1 และจุดยอด E#2 หากไม่ได้ตรวจสอบ การสแกนจะไม่ผ่านศักย์ไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน มีจุดตั้งค่าศักย์ไฟฟ้าโพลาไรเซชันอิสระสูงสุด 4 จุด การสแกนเริ่มต้นจากศักย์ไฟฟ้าเริ่มต้น ไปยัง “จุดยอด E#1 ” และ “จุดยอด E#2” และสุดท้ายไปยังศักย์ไฟฟ้าสุดท้าย คลิกช่องทำเครื่องหมาย "Enable" เพื่อเปิดหรือปิด "Intermediate Potential 1" และ "Intermediate Potential 2" หากไม่ได้เลือกช่องทำเครื่องหมาย การสแกนจะไม่ผ่านค่านี้และตั้งค่าการสแกนศักย์ไฟฟ้าเป็นค่าถัดไป เป็นที่น่าสังเกตว่าการวัดเส้นโค้งโพลาไรเซชันสามารถดำเนินการได้เฉพาะเมื่อ OCP คงที่อยู่แล้ว โดยปกติหลังจากพัก 10 นาที เราจะเปิดฟังก์ชัน OCP ที่เสถียรโดยคลิกที่: → ซอฟต์แวร์จะเริ่มการทดสอบโดยอัตโนมัติหลังจากความผันผวนของศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า 10mV/min ในตัวอย่างการทดลองนี้ ผู้ใช้ตั้งค่าศักย์ไฟฟ้า -0.5~1.5V (เทียบกับ OCP) คุณสามารถตั้งค่าเงื่อนไขเพื่อหยุดหรือย้อนกลับการสแกนได้ สิ่งนี้ใช้เป็นหลักในการวัดศักย์ไฟฟ้าหลุมและการวัดเส้นโค้ง Passivation 2.2 ผลลัพธ์ 2.2.1 OCP จากการทดสอบศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด เราสามารถรับศักย์ไฟฟ้ากัดกร่อนอิสระ Ecorr ซึ่งเราสามารถตัดสินความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุโลหะได้ โดยทั่วไป ยิ่ง Ecorr เป็นบวกมากเท่าใด วัสดุก็จะถูกกัดกร่อนได้ยากขึ้นเท่านั้น 1-OCP ของโครงค้ำยันโลหะผสม Ti-6Al-4V ที่เตรียมโดยวิธีขึ้นรูปแบบดั้งเดิม 2- OCP ของโครงค้ำยันโลหะผสม Ti-6Al-4V ที่เตรียมโดยวิธีการหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก 3- OCP ของโครงค้ำยันโลหะผสม Ti-6Al-4V ที่เตรียมโดยวิธีการหลอมด้วยลำอิเล็กตรอน จากกราฟ เราสามารถสรุปได้ว่าความต้านทานการกัดกร่อนของตัวอย่าง #1&2 นั้นดีกว่า #3 2.2.2 การวิเคราะห์ Tafel plot (การวัดอัตราการกัดกร่อน) โพลาไรเซชันของการทดลองนี้มีดังนี้: ดังที่แสดง จากค่าอัตราการกัดกร่อนที่คำนวณได้ เราสามารถได้ข้อสรุปเช่นเดียวกับที่เราได้รับจากการวัด OCP อัตราการกัดกร่อนคำนวณโดย Tafel plot เราสามารถเห็นค่าของอัตราการกัดกร่อนเป็นไปตามข้อสรุปที่เราได้รับจากวิธี OCP โดยอิงจาก Tafel plot เราสามารถรับความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้ากัดกร่อน icorr โดยใช้เครื่องมือวิเคราะห์การปรับแต่งที่รวมอยู่ในซอฟต์แวร์ CS studio ของเรา จากนั้นตามพารามิเตอร์อื่นๆ เช่น พื้นที่ขั้วไฟฟ้าทำงาน ความหนาแน่นของวัสดุ น้ำหนักเทียบเท่า อัตราการกัดกร่อนจะถูกคำนวณ ขั้นตอนคือ: นำเข้าไฟล์ข้อมูลโดยคลิก การปรับแต่งข้อมูล คลิกข้อมูลเซลล์ และป้อนค่าตามนั้น หากคุณตั้งค่าพารามิเตอร์ในการตั้งค่าเซลล์ & ขั้วไฟฟ้าก่อนทำการทดสอบ คุณไม่จำเป็นต้องตั้งค่าข้อมูลเซลล์ที่นี่อีกครั้ง คลิก “Tafel” เพื่อปรับแต่ง Tafel เลือกการปรับแต่ง Tafel อัตโนมัติหรือการปรับแต่งด้วยตนเองสำหรับข้อมูลของส่วนแอโนด/ส่วนแคโทด จากนั้นสามารถรับความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้ากัดกร่อน ศักย์ไฟฟ้ากัดกร่อนอิสระ อัตราการกัดกร่อน คุณสามารถลากผลการปรับแต่งไปยังกราฟ 3. การวัด EIS การทดลอง → อิมพีแดนซ์ → EIS เทียบกับ ความถี่ EIS เทียบกับ ความถี่ EIS ของเหล็กกล้าคาร์บอน Q235 ในสารละลาย NaCl 3.5% มีดังนี้: Q235 แผนภาพอิมพีแดนซ์เหล็กกล้าคาร์บอน - Nyquist Nyquist plot ข้างต้นประกอบด้วยส่วนโค้งความจุ (ทำเครื่องหมายด้วยกรอบสีน้ำเงิน) และอิมพีแดนซ์ Warburg (ทำเครื่องหมายด้วยกรอบสีแดง) โดยทั่วไป ยิ่งส่วนโค้งความจุใหญ่เท่าใด ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น การปรับวงจรเทียบเท่าสำหรับผลลัพธ์ EIS เหล็กกล้าคาร์บอน Q235 ขั้นตอนมีดังนี้: วาดวงจรเทียบเท่าของส่วนโค้งความจุ - ใช้แบบจำลองใน “quick fit” เพื่อรับ R1, C1, R2 วาดวงจรเทียบเท่าของส่วนอิมพีแดนซ์ Warburg - ใช้แบบจำลองใน “quick fit” เพื่อรับค่าเฉพาะของ Ws ลากค่าไปยังวงจรที่ซับซ้อน→ เปลี่ยนประเภทองค์ประกอบทั้งหมดเป็น “Free+” → คลิก Fit จากผลลัพธ์ เราเห็นว่าข้อผิดพลาดน้อยกว่า 5% ซึ่งบ่งชี้ว่าวงจรเทียบเท่าที่เราวาดนั้นสอดคล้องกับวงจรอิมพีแดนซ์ของการวัดจริง โดยทั่วไปแล้ว Bode fitting plot จะสอดคล้องกับ plot ดั้งเดิมBode: Fitting plot เทียบกับ ผลการวัดจริง