Способ измерения емкости двойногоэлЕКТРичЕСКОгО СлОя Советский патент 1981 года по МПК G01N27/50 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ.ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

СЛОЯ в себя кроме тока заряжения двойного слоя также и ток фарадеевского процесса , если в электролите присутствует деполяризатор 3 . Указанным способом удается измерить ток заряжения, а следовательно, и емкость двойного слоя только в узком интервале потенциалов на нем ногих материалах, например, на плати не в интервале 0,4-0,6 В при отсутст вии деполяризатора. Наличие деполяризатора или адсорбционные,процессы дают значительный вклад в измеряемый ток, что приводит к невозможности отделения тока заряжения двойного слоя от фарадеевского тока, и это я ляется недостатком способа. Цель изобретения состоит в разработке такого способа измерения ем кости двойного электрического слоя границе электрод-электролит, которы позволил бы значительно повысить то ность измерения дифференциального значения емкости при любом потенциале электрода независимо от проте кания фарадеевского процесса. Указанная цель достигается тем, что ток ячейки измеряют в интервале времени от момента начала изменения потенциала до момента первого перегиба кривой тока и фиксируют в момент перегиба скачок тока, по которому рассчитывают емкость. При наличии тупоугольного перегиба кривой тока измеряют полярность линейно из меняющегося потенциала. На фиг. 1 изображена блок-схема измерительной установки, на фиг. 2 зависимость потенциала электрода и тока ячейки от времени, на фиг. 3 возможная зависимость емкости двойного слоя от потенциала электрода, на фиг. 4 -5 - возможные варианты первых перегибов кривой тока, на фиг. 6 - зависимость емкости двойно го слоя Р t - электрода от потенциал в 1 н H,jSO . На рабочий электрод 1 (фиг. 1), электролитической ячейки 2 подают от потенциостата 3 постоянный по ве личине начальный потенциал нАЧ. ° тролируемый относительно электрода 4 сравнения. Электроннолучевой осциллограф 5 через дифференцирующий усилитель 6 подключён к токоизмери тельному сопротивлению 7, включенному в -цепь вспомогательного электрода. 81 Рабочий электрод 1 выдерживают п постоянном начальном -потенциале УНА стрю.го определенное время, в течени которого нестационарный ток, возникший при наложении н((ц, t прекра щается и через ячейку 2.продолжает протекать только стационарный ток -/(-д- . В условиях электрохимического процесса указанное время опре деляется природой.и концентрацией веществ, участвующих в реакции. На рабочий электрод 1 ячейки 2, ерез, которую протекает стационарный ок 1 Cf , подают от потенциостата линейно изменяющийся во времени отенциал со скоростью, при которой ок заряжения двойного слоя в момент ачала изменения потенциала значительо превышает ток электрохимической еакции. Ток ячейки 2 измеряют на экране сциллографа 5. Измеряемый до точки ерегиба А осциллограммы скачок i представляет собой ток заряжения войного слоя, так как при достаточно большой скорости развертки потениала емкостное сопротивление двойного слоя весьма мало по сравнению параллельно соединенным фарадеевким-сопротивлением процесса и, слеовательно, двойной слой заряжается в первую очередь. После точки перегиба А (см. фиг. 2 ) на ток заряжения накладывается ток фарадеевского процесса, возрастающий с увеличением потенциала. Последующий наклон криой тока определяется фарадеевским сопротивлением реакции. Ток заряжения описывается уравнением (г.) где Су - интегральная емкость, С дифференциальная емкость. В момент начала изменения потенциала Р интегральная емкость Cj посgfM/t 0тоянна и производная на нулю, тогда ,| Таким образом, по скачку тока измеряют дифференциальную емкость, ко горая вычисляется по формуле cs 1где V скорость развертки потенциала . Величину скорости развертки потенциала устанавливают таким обра:3ом, чтобы измеряемая емкость оставалась постоянной при последовательном увеличении скорости развертки. При достижении указанного условия вклад фарадеевского тока в скачок fc исключается. так как скачок тока с . фиг. 2 ) происходит за ничтожно ;; малое время d t, при котором вклад тока фарадеевского процесса ничтожно мал, то измеряемая по данному способу - дифференциальная емкость Gcf фактическиотносится к начальному потенциалу . Устанавливая.последовательно различные значения начального потенциала и измеряя токи ячейки 2 в вышеука

занном интервале времени,получают зависимость дифференциальной емкости двойного слоя от потенциала электрода при стационарном режиме протекания фарадеевского процесса.

Возможен случай, когда начальный потенцисш рабочего электрода 1 соответствует точке М (см. фиг. 3) на участке кривой, на котором емкость имеет тенденцию к увеличению с ростом потенциала. Тогда осциллограмма тока (см. фиг. 4 имеет перегиб под тупым углом оС. к скачку емкостного тока i и определение точки перегиба Л затруднено. В этом случае, для увеличения точности измерения емкостного тока 1 с изменяют направление развертки потенциала на обратное. Тогда осциллограмма тока (см. фиг.5) имеет перегиб под острым углом оС к скачку емкостного тока 1( и определение точки перегиба А оказывается более точным.

Пример. Измерена, дифференциальная емкость платинового электрода в растворе 1 н в области потенциалов 0,0-0,ОВ (по водородному электроду в том же раствореJ при 25 С Электродом сравнения служит.ртутносульфатный электрод в растворе 1 н . Измерения осуществлены на модернизированном осциллографическом полярографе ПО-5122, модель 02 А при скорости развертки потенциала 320 В сек с одновременной фотофиксацией осциллограг ви. Результаты измерений приведены на фиг. б.

Данный способ позволяет повысить производительность измерения емкости

вследствие малого времени измерения тока ячейки по сравнению с известным а также упростить аппаратуру.

Достоинством метода является то, что измерение емкости двойного слоя производится в условиях одновременно протекающего фарадеевского процесса.

Формула изобретения

1.Способ измерения емкости двойного электрического слоя на границе электрод-электролит состоящий в том, что на рабочий электрод электролитической ячейки подают постоянный по величине начальный потенциал и линейн изменяющийся во времени потенциал и регистрируют ток ячейки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения дифференциального значения емкости,ток .ячейки измеряют в интервале времени от момента начала изменения потенциала до момента первого перегиба кривой тока и фикрируют в момент перегиба скачок тока, по которому рассчитывают емкость.

2.Способ по п. 1, отлича гощ и и с я тем, что при наличии тупо, угольного перегиба кривой тока изменяют полярность линейно изменяющегося потенциоша.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1.Цфасман С. Б. Электронные полярографы. М., Металлургия, 1959.

2.Авторское свидетельство СССР № 175733, кл. G 01 N 27/50, 1964.

3.Методы измерения в электрохимии.М., 1977, т. 1, с. 105.

put.f

ит.

.Ji-c

А

ftfinf.

(Put.3

fun. i

/

Т

j

.

ue. f

пюв

f.f(9 «М

tea

no

чвв