Elektrochemische impedantiespectroscopie met bewegende elektrode

Elektrochemische impedantie spectroscopie (EIS) is een krachtige methode om materiaaleigenschappen te analyseren en grensvlakelektrochemische processen te bestuderen. Tijdens de meting wordt het monster via elektroden in contact gebracht en door het aanleggen van een wisselspanning en het meten van de resulterende stroom wordt de impedantie in functie van de opgelegde frequentie bepaald. In conventionele EIS, waar elektroden zich op een vaste positie bevinden, is monsterhomogeniteit een cruciale vereiste om intrinsieke elektrische eigenschappen zoals geleidbaarheid of permittiviteit te bepalen. Veel stalen, zoals suspensies, meerfasige vloeistoffen of kristalliserende media, zijn echter heterogeen van aard of worden heterogeen met de tijd, en beperken daarom sterk het gebruik van EIS.

In deze thesis wordt een nieuw concept genaamd ‘moving electrode electrochemical impedance spectroscopy’ (MEEIS) voorgesteld. In contrast met de statische elektrodes in EIS, beschikt MEEIS over een flexiebel meetcelontwerp dat toelaat de inter-elektrode afstand nauwkeuring te varieren, hetgeen toelaat om lokale eigenschappen van het monster te onderzoeken. Door de eigenschappen te bepalen op basis van de de impedantietoename als functie van de elektrodeafstand, en niet enkel op basis van de absolute waarde van impedantie, worden (quasi-)statische bijdragen zoals de weerstand van draden, de invloed van de elektrodegeometrie en langzame elektrodepassivering en corrosie effecten geëlimineerd.

In combinatie met een robuust celontwerp brengt deze methode nieuwe perspectieven in de elektrochemische beschrijving van heterogene media. Zoals experimenteel werd aangetoond, kan het bijvoorbeeld worden gebruikt om sedimentatie in suspensies te analyseren, nauwkeurige geleidbaarheidsmetingen van chemisch agressieve stoffen uit te voeren en om fasetransformatieprocessen zoals kristalvorming op te volgen. Dit laatste werd aangetoond voor zeolietsynthese in alkalijne media. De geleidbaarheid werd geïdentificeerd als een sleutelparameter die onmiddellijk verband houdt met de evolutie van de kristalfractie in functie van de tijd. Dit maakt in-situ opvolging van de kristallisatie mogelijk, op voorwaarde dat de minieme geleidbaarheidsveranderingen langdurig en met hoge nauwkeurigheid kunnen worden gemeten.