Ohmsches Feld oder Gate-Feld?
In der bipolaren Elektrochemie erzeugt ein Strom durch den Elektrolyten ein Feld, das an einem leitfähigen Objekt der Länge l die Potentialdifferenz ΔV = E·l induziert. Unter welchen Bedingungen wirkt ein externes Feld auf eine Elektrodenoberfläche, und welche Rolle spielt der Stromfluss durch den Elektrolyten?
Zu unterscheiden sind zwei Feldarten: ein ohmsches Feld, das von einem Strom durch den Elektrolyten getragen wird (E = j/κ), und ein Gate-Feld, das ohne Gleichstrom durch den Elektrolyten hinter einem Isolator anliegt. Die EFCE-Zelle der Generation 2 ist geometrisch eine Gate-Anordnung: Die Feldelektrode liegt hinter 6 µm Glimmer.
- Ohmsches Feld
- unmittelbar vor der 5-µm-Scheibe bei 10 pA und κ ≈ 2 S/m: ≈ 0,25 V/m
- Regelfeld
- zwischen Feld- und Arbeitselektrode: Größenordnung 10⁴–10⁵ V/m
- Gate-Ladung
- 20 V über 6 µm Glimmer (εr ≈ 6): ≈ 0,018 µC/cm², entsprechend etwa 10⁻⁴ Monolagen; sie sitzt am Glimmer
Gate- und ohmsche Anordnung in derselben Zelle
- Gate-Anordnung: Feldelektrode hinter Glimmer, Regelkurve als Referenz.
- Ohmsche Anordnung: Feldelektrode in direktem Elektrolytkontakt, sonst gleiche Geometrie.
- Frequenz- und Verdünnungsreihe: Variation der Reglerfrequenz (100–1000 Hz) und der Elektrolytkonzentration, um Umladeströme im Spalt und Debye-Abschirmung zu trennen.
Die Wirkung hängt nicht vom Gleichstrompfad ab. In Frage kommen Umladeströme im Spalt oder eine Kopplung über Zuleitung und Referenz.
Die Wirkung erfordert ein stromgetragenes Feld. Die Gate-Geometrie ist dann wirkungslos, und die Zelle ist entsprechend umzubauen.
- Mögliche Kopplung über die Zuleitungen, da die Arbeitselektrode auf Masse liegt und die Referenz Strom führt.
- Ob das Feld die Grenzfläche erreicht, ist nicht nachgewiesen (Debye-Länge ≈ 1,2 nm).
- Die Einheit der Feldachse in der Erstmessung (×10⁴ oder ×10⁵ V/m) wird noch geklärt.