سیستم های الکتروشیمیایی از محیط های رسانای الکتریکی تشکیل شده اند. اینها ممکن است به عنوان الکترود یا الکترولیت طبقه بندی شوند. یک الکترود جریان را با انتقال الکترون ها حمل می کند. معمولاً الکترود یک رسانای الکتریکی معمولی مانند یک فلز است. الکترولیت جریان را با انتقال گونه های شیمیایی باردار (یون ها) حمل می کند. الکترولیت‌ها اغلب محلول‌های نمکی در آب هستند، اما ممکن است شامل محلول‌های نمکی در حلال‌های مایع دیگر و همچنین جامداتی مانند بتن باشند که می‌توانند با انتقال یون‌های اکسید هدایت شوند. رسانایی الکتریکی یک الکترود معمولاً چندین مرتبه بزرگتر از رسانایی الکتریکی یک الکترولیت است.
رابط الکترود-الکترولیت
در رابط الکترود-الکترولیت ، جریان الکتریکی معمولی در الکترود به جریان یونی در الکترولیت تبدیل می‌شود. با توجه به بقای کلی بار، این جریان ها باید در اینجا متعادل شوند. تبدیل بین دو نوع جریان ممکن است به دلیل واکنش الکتروشیمیایی (الکترولیز) یا شارژ خازنی ایجاد شود.
الکترولیز زمانی اتفاق می افتد که یک گونه شیمیایی در الکترولیت یک یا چند الکترون را با الکترود مبادله کند. شارژ خازنی زمانی اتفاق می افتد که پتانسیل یک الکترود در حال تغییر است، به طوری که یون های موجود در الکترولیت یا جذب یا دفع می شوند و جریانی را می کشند.
باتری‌ها و پیل‌های سوختی همچنین می‌توانند شامل الکترودهای متخلخل باشند که در آنها یک ماده الکترود دارای ساختار میکرو یا نانویی است که به محلول الکترولیت نفوذپذیر است. مزیت چنین ماده ای افزایش زیاد سطح رابط الکترود-الکترولیت است.
توجه داشته باشید که تمام جریان باید در مدارها حرکت کند. یک رابط جدا شده الکترود-الکترولیت نمی تواند جریان خالص را بکشد، اما یک سیستم با دو چنین رابط می تواند. یک سیستم الکتروشیمیایی با دو یا چند الکترود در تماس با الکترولیت، سلول الکتروشیمیایی نامیده می شود .
در یک سلول الکتروشیمیایی با دو الکترود، این الکترودها به عنوان یک آند ، که در آن واکنش الکتروشیمیایی، الکترون ها را از الکترولیت به الکترود منتقل می کند، و یک کاتد ، که در آن الکترون ها از الکترود به الکترولیت منتقل می شوند، شناسایی می شوند. توجه داشته باشید که جهت جریان است که آندی یا کاتدی بودن واکنش الکترود را تعیین می کند. برای مثال، برای باتری، محل آند و کاتد بسته به اینکه باتری شارژ یا دشارژ شده باشد، تغییر می کند. (از این رو، عادت عمومی در جامعه باتری که همیشه الکترود مثبت را به عنوان “کاتد” محکوم می کنند، فقط در هنگام تخلیه باتری صحیح است.)
جریان الکتریکی معمولی جریان بار مثبت است که از طریق الکترولیت از آند به کاتد می رسد. یک مدار بسته که بار کلی سیستم را حفظ می کند، با جریان الکتریکی در حوزه های الکترود (و هر مدار الکتریکی) از کاتد به آند، و با انتقال یون ها از طریق حوزه های الکترولیت از آند به کاتد، تشکیل می شود.
خروجی های مورد علاقه از یک مدل
ویژگی های آزمایشی قابل اندازه گیری یک سیستم الکتروشیمیایی، جریان خارجی و ولتاژی است که بین دو الکترود عمل می کند. به طور کلی، اندازه گیری چگالی یا پتانسیل جریان محلی در نقاط مختلف سطح یک الکترود رسانا یا در نقاط دلخواه در یک سیستم الکتروشیمیایی غیرممکن است.
مزیت مدل سازی فیزیکی توانایی بررسی رفتار کامل وابسته به فضا سیستم تحت طیف وسیعی از شرایط برای شناسایی دلایل رابطه جریان-ولتاژ مشاهده شده و بنابراین شناسایی شرایط فیزیکی مناسب برای بهینه سازی جریان و ولتاژ است. همان طور که خواسته شده.
منحنی کلی جریان-ولتاژ یک سلول الکتروشیمیایی به عنوان منحنی پلاریزاسیون یا در یک زمینه تحلیلی، ولتاموگرام نیز شناخته می شود . این منحنی‌ها منحصربه‌فرد نیستند، بلکه به وسیله‌ای که جریان یا ولتاژ را تغییر می‌دهند، بستگی دارند، زیرا این پارامترهای توده‌ای به اثرات فیزیکی متعدد با مقیاس‌های طولی و زمانی متفاوت مربوط می‌شوند. هیسترزیس در منحنی های پلاریزاسیون عملی غیر معمول نیست.
منحنی های پلاریزاسیون اغلب غیرخطی هستند. ترکیب غیرخطی و پسماند به این معنی است که سلول‌های الکتروشیمیایی لزوماً شبیه اجزای الکتریکی «ایده‌آل» (مانند مداری از مقاومت‌ها و خازن‌ها) به معنای ارائه یک پاسخ جریان-ولتاژ قابل پیش‌بینی و خطی نیستند.
 |
|
