如何更準確的測試電化學活性面積(ECSA)

ECSA 是指什麼？

Electrochemical Active Surface Area （ECSA）是指電化學活性面積，即參與電化學反應的有效面積。電活性面積對於(ECSA)歸一化電流，計算電化學反應的動力學引數至關重要！比如，在腐蝕研究中，當ECSA可以歸一化時，腐蝕研究的速率變得非常有意義。在能源研究中，如氫析出反應(HRE)，氫氧化反應(HOR), 氧析出反應 (OER)和氧還原反應 (ORR)等被廣泛的進行研究。對於這些催化反應研究中，ECSA的精確測量對於催化活性的研究尤為重要，因為這樣真實的反應動力學才能夠被確定。但準確測量這些電極材料的ECSA非常有挑戰。因為會涉及到電極、催化劑形狀，電解液反應，表面吸附，非法拉第反應過程等諸多因素。

ECSA用什麼方法來測？

大多數值得信賴的ECSA測試方法，都基於溶液中電極表面特定吸附的離子或者氣體(如溶液中Pt表面，吸附的一氧化碳或者氫氣)此外，欠電位沉積(UPD)也被用於測試電極表面面積。施加電壓改變電極的氧化態也可以用於測量ECSA。但是，這些方法都有一定的選擇性，僅適用於特定材料。常用方法為比表面積測試法(BET), 即在接近真空條件下的氣體吸附量。但是，對於這個方法，需要樣品的比表面積在幾個平方米每克量級，才可以達到一定訊號強度。因此，BET適合於非常細小的粉末不適用於面積較小的電極。

目前來說，雙電容層測量法(DLC) ，被公認為比較合理的，可用於測試ECSA的方法。然而，BET與DLC測試的結果，會有幾個數量級的差異。

ECSA如何準確測量?

目前來說，CV和EIS是測試DLC計算ECSA*可靠的方式。請注意CV是指linear scan CV哦，非一般的staircase CV 。更多關於Linear scan CV 和Staircse CV的說明請參考下列資訊。

linear Scan CV vs Staircase CV

CV計算ECSA

EIS 計算ECSA

CV與EIS結果對比

參考資料

1. Adv. Energy Mater. 2020, 2000652
2. Electrochemical Impedance Spectroscopy and Cyclic Voltammetry to Determine Double Layer Capacitances and Electrochemically Active Surface Areas, Doi:10.1149/http://osf.io/gyexd
3. https://mediatum.ub.tum.de/doc/1535142/1535142.pdf

釋出於 02-04