三电极电解池系统的主要目的是通过消除电解环境其余部分带来的干扰，来分离特定电极（通常是阳极）的内在性能。这种配置允许研究人员将析氧反应 (OER) 的活性与膜电阻和阴极极化等外部变量分离开来。
通过引入参比电极，该系统可以精确测量碱性电解液中的基本动力学参数，在组装复杂的全电池堆之前作为关键的筛选工具。
解耦内在活性
消除系统干扰
在全电池阴离子交换膜水电解 (AEMWE) 设置中，性能数据常常受到膜电阻和对电极活性的影响而变得模糊。
聚焦阳极
三电极系统消除了这些变量。它允许您在没有全电池“噪音”的情况下观察阳极析氧反应的内在活性。
精确电压测量
通过使用标准参比电极，您可以独立于对电极测量工作电极（您正在测试的材料）的电位。
关键性能指标
测量过电位
这种设置能够准确计算过电位，这表明了电极材料的能量效率。
确定反应动力学
研究人员使用该系统推导出Tafel 斜率。该指标揭示了电极表面发生的电化学反应的速度和机理。
评估表面积
该配置允许测量双电层电容。该数据点可深入了解纳米加工多孔传输层的电化学活性表面积。
系统组件的作用
对电极
对电极，通常由石墨棒等材料制成，用于完成电路。它平衡了工作电极上发生的反应，而不会干扰电压测量。
旋转圆盘电极 (RDE)
在高级筛选场景中，三电极系统通常与旋转圆盘电极 (RDE) 配对使用。
消除传质阻力
通过严格控制圆盘的旋转频率，RDE 建立了稳定的扩散层。这消除了传质阻力，确保数据反映催化剂的真实动力学极限，而不是扩散限制。
理解权衡
理想与现实
虽然三电极系统提供了出色的动力学数据，但它代表了一个理想化的环境。它不能完美模拟商用 AEMWE 堆的几何和物理限制。
缺失的界面相互作用
该方法排除了膜电极组件 (MEA) 界面。因此，它无法预测由于实际场景中特定膜与电极之间接触不良或化学相互作用而导致的性能损失。
为您的评估做出正确选择
开发的不同阶段需要不同的测试方法。
- 如果您的主要重点是快速材料筛选：使用三电极系统（可能配备 RDE）来识别诸如钌或镍等催化剂的内在动力学活性，而无需构建全电池。
- 如果您的主要重点是系统级效率：过渡到全电池 MEA 测试，以评估膜电阻和传质在实际操作条件下如何影响性能。
三电极系统是在解决完整堆的工程挑战之前验证电极基本化学性质的最终工具。
摘要表：
| 特征 | 性能评估中的作用 |
|---|---|
| 主要目标 | 分离内在电极活性并解耦动力学参数 |
| 关键指标：过电位 | 确定特定催化剂材料的能量效率 |
| 关键指标：Tafel 斜率 | 揭示反应速度和电化学机理 |
| 关键指标：电容 | 估算电化学活性表面积 (ECSA) |
| 工作电极 | 正在评估的特定阳极或阴极材料 |
| 参比电极 | 提供稳定的电位以进行精确电压测量 |
| 对电极 | 完成电路（例如，石墨棒），无干扰 |
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参考文献
- Ameya Ranade, Mihalis N. Tsampas. Nanostructured Ni-Based Alloys as Electroactive Porous Transport Layers for Anion-Exchange Membrane Water Electrolysis. DOI: 10.1021/acssuschemeng.5c03298
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
