3電極電解セルシステムの主な目的は、電気分解環境の他の部分からの干渉を除去することにより、通常は陽極である特定の電極の固有の性能を分離することです。この構成により、研究者は膜抵抗や陰極分極などの外部変数から酸素発生反応（OER）の活性を分離することができます。
参照電極を導入することにより、このシステムはアルカリ電解質中の基本的な速度論的パラメータの精密な測定を可能にし、複雑なフルセルスタックを組み立てる前の重要なスクリーニングツールとして機能します。
固有活性の分離
システム干渉の排除
フルセルアニオン交換膜水電解（AEMWE）セットアップでは、性能データはしばしば膜の抵抗と対向電極の活性によって不明瞭になります。
陽極への集中
3電極システムはこれらの変数を排除します。これにより、フルセルの「ノイズ」なしに、陽極の酸素発生反応の固有活性を観察できます。
精密な電圧測定
標準的な参照電極を使用することで、対極電極に干渉することなく、作業電極（テストしている材料）の電位を独立して測定できます。
主要な性能指標
過電圧の測定
このセットアップにより、電極材料のエネルギー効率を示す過電圧の正確な計算が可能になります。
反応速度論の決定
研究者はこのシステムを使用してターフェル傾斜を導き出します。この指標は、電極表面で発生する電気化学反応の速度とメカニズムを明らかにします。
表面積の評価
この構成により、二重層静電容量の測定が可能になります。このデータポイントは、ナノ加工された多孔質輸送層の電気化学的に活性な表面積に関する洞察を提供します。
システムコンポーネントの役割
対極電極
グラファイトロッドなどの材料で作られた対極電極は、電気回路を完成させます。これは、電圧測定に干渉することなく、作業電極で発生する反応をバランスさせます。
回転ディスク電極（RDE）
高度なスクリーニングシナリオでは、3電極システムはしばしば回転ディスク電極（RDE）と組み合わせて使用されます。
物質移動抵抗の排除
ディスクの回転周波数を厳密に制御することにより、RDEは安定した拡散層を確立します。これにより、物質移動抵抗が排除され、データが拡散限界ではなく触媒の真の速度論的限界を反映することが保証されます。
トレードオフの理解
理想と現実
3電極システムは優れた速度論的データを提供しますが、理想化された環境を表します。商業用AEMWEスタックの幾何学的および物理的制約を完全に模倣するものではありません。
界面相互作用の欠如
この方法では、膜電極アセンブリ（MEA）インターフェースが除外されます。したがって、実際のシナリオで特定の膜と電極との間の接触不良や化学的相互作用によって引き起こされる性能損失を予測することはできません。
評価のための適切な選択
開発のさまざまな段階で、さまざまなテスト方法が必要です。
- 主な焦点が迅速な材料スクリーニングである場合： 3電極システム（RDEを使用する可能性あり）を使用して、フルセルを構築せずにルテニウムやニッケルなどの触媒の固有の速度論的活性を特定します。
- 主な焦点がシステムレベルの効率である場合： フルセルMEAテストに移行して、実際の動作条件下で膜抵抗と物質輸送が性能にどのように影響するかを評価します。
3電極システムは、フルスタックのエンジニアリング課題に取り組む前に、電極の基本的な化学を検証するための決定的なツールです。
概要表：
| 特徴 | 性能評価における目的 |
|---|---|
| 主な目標 | 固有の電極活性を分離し、速度論的パラメータを分離する |
| 主要指標：過電圧 | 特定の触媒材料のエネルギー効率を決定する |
| 主要指標：ターフェル傾斜 | 反応速度と電気化学的メカニズムを明らかにする |
| 主要指標：静電容量 | 電気化学的に活性な表面積（ECSA）を推定する |
| 作業電極 | 評価中の特定の陽極または陰極材料 |
| 参照電極 | 精密な電圧測定のための安定した電位を提供する |
| 対極電極 | 回路を完成させる（例：グラファイトロッド）、干渉なし |
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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
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Solution ナレッジベース .
