Accessible Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag January 29, 2018

Preliminary studies on monitoring fouling layers on a charged electrode using Electrical Impedance Spectroscopy

Voruntersuchungen zur Überwachung von Abscheidungen an Elektroden elektrochemischer Zellen mittels elektrischer Impedanz-Spektroskopie
Ronnie Anseth, Nils-Olav Skeie and Magne Waskaas
From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

The objective of the study described in this paper was to examine whether fouling on an electrode surface can be monitored through impedance measurements using a modified Electrochemical Impedance Spectroscopy technique. The attempt was to evaluate a measurement system that could monitor fouling, within an electrochemical cell, by using EIS to find one single frequency to measure the impedance magnitude. An electrical potential difference was applied to the electrochemical cell to generate an electrical field to accelerate the deposition layer growth on one electrode. Experimental results show that the magnitude of the electrochemical cell impedance was in the range of 110 Ω over the duration of the experiment, which lasted one week. A measurable change in the impedance magnitude was detected when a deposition layer, caused by fouling, was present on one of the electrodes. The measurement frequency was selected specifically for the purpose to increase the deposition layer influence on the measured impedance magnitude, which was achieved by selecting a frequency that kept the capacitive reactance as low as possible. Results indicate that a measurement system, using one frequency, is capable of monitoring the deposition layer by measuring the magnitude of the electrochemical cell impedance.

Zusammenfassung

Die Untersuchungen in dieser Arbeit haben das Ziel festzustellen, ob Niederschläge (Fouling) auf einer Elektrodenoberfläche effektiv durch Impedanzmessungen unter Verwendung einer modifizierten elektrochemischen Impedanzspektroskopietechnik erkannt und überwacht werden können. Der Versuch bestand darin, ein einfaches Messsystem zu entwickeln und zu evaluieren, welches die Impedanzanalyse, bevorzugt bei nur einer einzigen, spezifischen Frequenz, vornimmt, um daraus Aussagen über das Fouling zu treffen. Um die Abscheidungsrate des Niederschlags zu erhöhen und damit die Experimente zu beschleunigen, wurde eine Potentialdifferenz zwischen die Elektroden der elektrochemischen Zelle angelegt. Die Messergebnisse zeigen, dass die Impedanz der elektrochemischen Zelle während des Versuchs, der insgesamt eine Woche dauerte, im Bereich von 110 Ω lag. Eine gut messbare Änderung des Betrags der Impedanz wurde festgestellt, als der Niederschlag an den Elektroden eine signifikante Stärke erreichte. Es konnte eine Messfrequenz gefunden werden, bei der der Einfluss der Schichtdicke des Niederschlags signifikant war und bei die die kapazitive Reaktanz gering gehalten werden konnte. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass ein Messsystem, das nur eine einzige Messfrequenz nutzt, in der Lage ist, Ablagerungsschichten über die Analyse des Betrags der Impedanz der elektrochemischen Zelle zu überwachen.

Acknowledgement

The funding making this research possible was provided by the University College of Southeast Norway.

Received: 2017-11-9
Revised: 2017-12-23
Accepted: 2017-12-31
Published Online: 2018-1-29
Published in Print: 2018-2-23

©2018 Walter de Gruyter Berlin/Boston