Instrumente

Potentiostate

Die Bedeutung der Elektrochemie und elektrochemischer Prozesse in Wissenschaft, Forschung und Industrie ist sehr eng verbunden mit der Entwicklung elektrochemischer Messinstrumente, den Potentiostaten. Zum einen „liefert“ ein Potentiostat die nötige Triebkraft bzw. Aktivierungsenergie, um Reaktionen zu beschleunigen und erfahrbar zu machen, zum anderen ergibt sich durch Strom- und Spannungsmessung eine vielfältige und präzise Analyse der Reaktionskinetik und -stöchiometrie.

Ein Potentiostat verbindet aber nicht nur Strom- und Spannungsversorgung mit Strom- und Spannungsmessung, durch die hochpräzise und angepasste Messtechnik ist er das Schweizer Taschenmesser für elektrochemiebasierte Methodik. Basisinformationen zur Funktionsweise von Potentiostaten finden Sie hier.

Operationsverstärker (OPA)

Das Herzstück eines Potentiostats ist der Operationsverstärker (OPA), der als Differenzverstärker die zwei Eingangssignale von Arbeits- (WE) und Referenzelektrode (RE) abgleicht und zur Angleichung einen entsprechenden Stromfluss zur Gegenelektrode freigibt. Solange die Potentialdifferenz zwischen Arbeits- und Referenzelektrode nicht dem gewünschten Wert entspricht, regelt der OPA den Stromfluss durch die Zelle zwischen Gegen- und Arbeitselektrode.

 

Operationsverstärker (OPA)
Funktionsweise eines Potentiostaten

Einkanalpotentiostate / Galvanostate

Ein Potentiostat ist ein in der Elektrochemie eingesetztes elektrisches Messgerät. Im Prinzip ist es die spezielle Bauform eines Regelverstärkers, der über folgende drei Elektroden messen kann:

  • Arbeitselektrode
  • Hochohmige Referenz- bzw. Bezugselektrode
  • Gegenelektrode.

Dabei hält der Potentiostat eine elektrische Spannung zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode über einen elektrischen Strom zwischen der Gegenelektrode und der Arbeitselektrode konstant. Der Potentiostat regelt die elektrische Spannung und misst den elektrischen Strom, und gibt die entsprechenden Messwerte aus. Beim Galvanostaten wird ein elektrischer Strom angelegt und die dazugehörige Spannung gemessen

Die Hauptanwendung für Potentiostate / Galvanostate sind Untersuchungen chemischer Reaktionen, die in elektrochemischen Zellen ablaufen, wie zum Beispiel die bekannteste, die Elektrolyse. Des Weiteren werden Potentiostate/Galvanostate auch bei der Charakterisierung von Batterien oder Brennstoffzellen oder von Elektroden und Elektrolyten (Festkörper und ionenleitende Flüssigkeiten), beispielsweise in der Analytik, eingesetzt.

Neben Messungen mit konstantem Potential können Potentiostate in der Regel auch verschiedene Signalverläufe wie Potentialrampen oder Potentialpulse ausführen oder mit einem internen Signalgenerator gekoppelt und so beispielsweise für die zyklische Voltammetrie eingesetzt werden. Unter Verwendung einer überlagerten Wechselspannung bzw. eines Stroms können auch Impedanzmessungen durchgeführt werden.

Ivium: PocketStat, CompactStat, IviumStat und Vertex Familie

Die Firma Ivium hat vier verschiedene Produktgruppen im Einsatz. Diese unterscheiden sich in der Regel durch verschiedene Spannungs- und Strom-Maxima und unterschiedliche Zusatzoptionen. Des Weiteren haben die CompactStat und IviumStat für eine bessere Genauigkeit einen 24 bit A/D Wandler. Durch entsprechende Booster kann sowohl Strom, als auch Spannung erheblich erhöht werden.
Mehr Infos direkt bei Ivium.

PalmSens: Klein, handlich und robust

Die Potentiostate/Galvanostate von Palmsens zeichnen sich durch eine einfache benutzerfreundliche Software aus, die alle gängigen Methoden der physikalischen Chemie beinhaltet. Die kompakte Bauform der EmStat4 und Palmsens4 Reihe besticht durch ein schlichtes Design. Die Sensit Reihe wurde durch den Sensit Wearable ergänzt. Diese Gerät eignet sich perfekt für die Entwicklung von Biosensoren.

Mehr Details direkt bei PalmSens.

OrigaLys: Labor-Potentiostate / Galvanostate mit großem Spannungsbereich

Die „all in one“ Produktreihe OrigaStat ermöglicht den direkten Anschluss einer RDE, einer pH Sonde und einer Temperatursonde ohne entsprechende Messgeräte – also „all in one“. Außerdem haben alle Geräte einen großen Compliancespannungsbereich von bis zu +35 V bei einer Regelspannung von +15 V.

Für die Baureihe OrigaFlex gilt Ähnliches. Der große Unterschied ist der Strombereich, der bis zu 10 A betragen kann, und die Möglichkeit bietet, die Geräte zu einem Multikanalsystem zu verbinden.

Wichtig für Benutzer der Voltlab Geräte von Radiometer. Die Software OrigaMaster kann die Messdaten der VoltaMastersoftware lesen und auswerten.

Mehr Details direkt bei OrigaLys.

Kolibrik: Potentiostate / Galvanostate für die Grenzen der Impedanz
Kolibrik Potentiostat

Kolibrik zeigt mit seinen Geräten eine neue Stufe der Impedanzspektroskopie auf, wie ausführlicher im Kapitel Impedanz beschrieben.

Die Messung von Impedanzen bis 0,00001 Ohm sind mit den Geräten von Kolibrik möglich. Selbstverständlich können auch die üblichen elektrochemischen Methoden ausgeführt werden. Ergänzt werden die Produkte durch DC/DC Konverter und Zellspannungsmonitore.

Mehr Informationen direkt bei Kolibrik.

 

Mehrkanalpotentiostaten

Ein weiterer Aspekt, welcher in Folge der mikroelektronischen Architektur moderner Potentiostate aufkommt, ist die Entwicklung von Mehrkanalgeräten. Durch die Minimierung der Hardwareabmessungen können mehrere Messkanäle in einem immer noch kompakten Gehäuse untergebracht werden. Mehrkanalpotentiostate steigern damit den Messdurchsatz und insgesamt das Tempo der Forschung. Außerdem verringert sich der Preis pro Messkanal teilweise deutlich, sodass es auch eine ökonomische Entscheidung sein kann, auf einen Mehrkanalpotentiostat zu setzen.

Origalys: Mehrkanalpotentiostat auf Modulbasis
EKT Origalys: Mehrkanalpotentiostat auf Modulbasis

Die Modulidee wird von Origalys aufgegriffen, aber durch den Verzicht auf ein gemeinsames Gehäuse bleiben die Module einzeln nutzbar. Die Kombination unterschiedlicher Spezifikationen ist dennoch möglich. Die Produkte finden Sie im Shop unserer Mutterfirma LXinstruments.

Palmsens: MultiPalmSens4 verbunden mit Rechner
EKT Potentiostate MultiPalmSens4 verbunden mit Rechner

PalmSens kombiniert die einzelnen Hardwaremodule des PalmSens4 und EmStat4 zu MultiPalmSens4 und MultiEmStat4. Somit ergeben sich die exakt gleichen Spezifikationen wie beim Einkanalmodell. Gerade der MultiEmStat4 bietet sehr viel Kanal und Leistung fürs Geld. Produktdetails finden Sie hier.

Ivium: IVIUMnStat Multikanal Potentiostat
EKT Multikanal Potentiostat

Bei den Mehrkanalgeräten von Ivium gibt es zwei Varianten: Der OctoStat, als 30 oder 200 mA oder 5 A-Gerät mit jeweils 8 Kanälen und die n-Stat-Reihe mit Einsteckmodulen. Dabei kann ein Einheitsgehäuse mit unterschiedlichen Modulen in unzähligen Varianten bestückt werden. Die OctoStat-Modelle sind vor allem für Untersuchungen an elektrochemischen Energiesystemen, wie Batterien und Brennstoffzellen, relevant. Durch die Multiplizität der Messkanäle kann ein besonders günstiges Preis/Kanal-Verhältnis erzielt werden. Die n-Stat-Modelle zielen auf Nutzer flexibler Messtechnik ab, da hierbei je nach Anforderung unterschiedliche Modul-Spezifikationen kombiniert werden können. Produktdetails finden Sie hier.

Kolibrik: MegaEIS auf Basis Kolibrik Potentiostate

Das MegaEIS-System ist ein präzises, modulares Testgerät für die Impedanz-Analyse von Brennstoffzellenstacks, Elektrolyseuren und Batterien. Das System besteht aus einer Leistungsstufe, die die Leistung verwaltet, und einem EIS-Erfassungssystem, das eine Impedanzspektroskopieanalyse an allen Zellen gleichzeitig durchführen kann.

Bei Brennstoffzellenstacks wird die Leistungsstufe aus Lastmodulen aufgebaut. Ein Stack kann bis zu 1.000 Zellen umfassen und einen Strom von bis zu 2 kA liefern.

Bei Elektrolyseuren wird die Leistungsstufe durch eine interne oder externe Stromversorgung erweitert, sodass das System als geregelte Stromquelle fungiert und EIS-Messungen durchführen kann.

Die Impedanz-Erfassung geschieht parallel, sodass sich das System für schnelle und präzise Analysen eignet in

  • der Forschung und Entwicklung,
  • der Qualitätssicherung in der Fertigung oder
  • in der Servicediagnose.

MegaEIS bietet außerdem die Überwachung der DC-Zellspannung und ermöglicht die Charakterisierung mithilfe wichtiger elektrochemischer Methoden wie Polarisationskurven, Chronopotentiometrie und Chronoamperometrie, Lastwechsel, Stromunterbrechungstechnik usw.

Weitere Informationen direkt bei Kolibrik.