I. I principali vantaggi dei tubi ceramici di allumina per la ricerca elettrochimica
1. Isolamento elettrico di altissima qualità:Prestazioni di isolamento superiori dalla temperatura ambiente fino a 1600 °C. Isola i conduttori degli elettrodi in platino, molibdeno e tungsteno per prevenire cortocircuiti nelle celle elettrolitiche ad alta temperatura ed eliminare le interferenze sui segnali dei test EIS e CV.
2. Inerzia chimica:Resiste alla corrosione da acidi forti, alcali forti, sali fusi e plasmi. Non si verifica migrazione di ioni di impurità con gli elettroliti o i materiali degli elettrodi, garantendo dati elettrochimici privi di contaminazione di fondo.
3. Stabilità alle alte temperature:I tubi in ceramica di allumina al 99% mantengono la stabilità dimensionale senza deformazioni a una temperatura di esercizio a lungo termine di 1600 °C e a una temperatura di picco a breve termine di 1800 °C, risultando adatti per l'elettrolisi dei sali fusi, le celle a combustibile a ossido solido (SOFC) e le apparecchiature per test di impedenza ad alta temperatura.
4. Sono disponibili due configurazioni (porosa/densa):I tubi densi fungono da guaine isolanti per gli elettrodi e da tubi di protezione per le termocoppie; i tubi in ceramica di allumina porosa sono utilizzati come separatori ionici, canali di diffusione del gas e giunzioni liquide per gli elettrodi di riferimento.
5. Rigidità meccanica:La struttura integrata con fori passanti multipli fissa le posizioni relative dei tre elettrodi, elimina la deriva degli elettrodi e migliora la ripetibilità dei test di voltammetria ciclica e cronoamperometria.
II. Casi applicativi completi di elettrochimica nelle università
Caso 1:Università di Scienza e Tecnologia di Pechino – Diaframma per elettrodi di riferimento elettrochimici sottoposti a corrosione da sali fusi ad alta temperatura (elettrochimica dei sali fusi)
Argomento di ricerca
Caratterizzazione elettrochimica della corrosione ad alta temperatura dei metalli in sistemi di solfati fusi; costruzione di un sistema a tre elettrodi operante a temperature del sale fuso comprese tra 800 e 900 °C.
Schema di applicazione del tubo ceramico di allumina
Selezione di un tubo ceramico poroso a parete sottile in allumina 99 come membrana per l'elettrodo di riferimento ad alta temperatura Ag/Ag₂SO₄:
1.Un filo d'argento sigillato all'interno del tubo con solfato di sodio fuso (Na₂SO₄) funge da elettrolita di riferimento interno, mentre la parete porosa del tubo agisce da barriera conduttrice di ioni.
2.Un manicotto di allumina a foro singolo e denso avvolge il filo conduttore dell'elettrodo di riferimento per isolare il conduttore di platino dalla corrosione da sali fusi.
3.Il tubo di allumina viene inserito in un crogiolo elettrolitico di corindone ad alta temperatura; il gas argon viene immesso nel sale fuso attraverso il tubo laterale di allumina per regolare la pressione parziale dell'ossigeno.
Risultati sperimentali e valore
Il diaframma poroso di allumina consente la conduzione solo degli ioni Na⁺ e blocca le impurità di metalli pesanti presenti nei sali fusi, con una deriva del potenziale di riferimento inferiore a 3 mV ogni 24 ore.
Rispetto ai manicotti in quarzo e vetro, i tubi in ceramica di allumina non si ammorbidiscono a 900 °C e rimangono inerti alle reazioni con i solfati. Supportano la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) continua ad alta temperatura e i test di polarizzazione allo stato stazionario per 72 ore.
Questo materiale ha facilitato la calibrazione di una sonda elettrochimica in situ per l'alcalinità di sali fusi ad alta temperatura, come descritto nell'articolo di ricerca, risolvendo il problema del cedimento ad alta temperatura dei tradizionali elettrodi di riferimento in vetro.
