如何選擇電化學反應的電解池

以氧還原反應為例，氧還原反應（Oxygen reduction reaction，ORR）是燃料電池空氣陰極的主要反應，用來評價催化劑的性能，受到了眾多研究者的廣泛關注。實驗操作過程中，電解池是必不可少的組成部分，對電化學的測試效果也有著影響，這往往被很多研究者所忽視。那么如何選擇合適的電解池，就顯得尤為重要了。

電解池影響電化學反應的主要因素：

1、電解池的容積，氧還原反應（ORR）需要提供很好的液體層流狀態，從而獲得均勻的電流分布。從液相傳質過程分析來看，在遠離電極表面的溶液中，對流作用是主要的傳質過程，電極表面附近溶液層中的傳質則主要依靠擴散過程。然而在一般情況下很難將這兩種傳質過程嚴格區分開來，因為總有一段空間區域是兩種傳質方式交叉作用的。因此，為了既可以排除電遷移的影響，又能分開擴散傳質區和對流傳質區，就需要電解液的體積相對較大，從而需要配備較大容積的電解池。當旋轉圓盤電極旋轉時，可以認為電解池中各位置的電解液濃度是均勻一致的。同時，選擇較大的電解池，旋轉圓盤電極與電解池池壁相距足夠遠，液流和電極的運動不受池壁的影響，常用電解池容積以150 mL為宜，容積過小（如50-100 mL）則會對實驗結果造成不利影響。

2、電解池的幾何形狀，電化學電解池的等效電路如圖1表示，Ru為工作電極和參比電極溶液間的電阻，工作電極與參比電極距離越小，則電阻越小，Piontelli曾系統研究過參比電極放置位置對電化學測試結果的影響，結果表明，當參比電極在工作電極的正下方且參比電極頂部開口部分靠近工作電極時，測試效果最好。但是這種放置位置的設計在實際操作中卻不可行，原因是當旋轉圓盤工作電極旋轉時，會和參比電極產生摩擦力，從而對層流狀態造成極大的干擾。Barnartt研究表明當工作電極與參比電極末端的距離為參比電極半徑的四倍（即5mm左右）時測試效果最好，在這個距離時，因電解質的低導電率或在高電流密度下所產生的IR降可以得到校正。目前電解池常見的幾何形狀如圖2所示，該電解池不僅滿足了電解池的較大容積（150 mL），同時其幾何形狀也滿足了工作電極與參比電極的最合適距離（固定插孔位置），從而減少了溶液內阻對實驗效果的影響。

綜上所述，氧還原反應（ORR）過程中，對于電解池的選擇，至少需要考慮其容積和幾何形狀兩個方面。其它電化學反應如氧析出反應（OER）、氫析出反應（HER）等也應遵循這一原則。根據眾多用戶的實驗經驗，目前，pine的150 mL標準5口電解池是理想的選擇！