Polarisationskurven

Polarisationskurven, auch Polarisationkurven genannt, beschreiben die Beziehung zwischen der Elektrodenstromdichte i und dem Elektrodenpotential E eines elektrochemischen Systems unter festgelegten Bedingungen. Sie werden in der Elektrochemie, der Korrosionsforschung, bei Brennstoffzellen und in der Batterietechnik verwendet, um Reaktionskinetik, Massentransport und Verluste im System zu charakterisieren. Typischerweise entstehen Polarisationen durch das Anwenden von Potentialänderungen um das Gleichgewichtspotential oder durch kontrollierte Stromdichten.

Messmethoden: Die Kurve wird meist in einem Drei-Elektroden-System mit einem Potentiostat gemessen. Zunächst wird das offene Potential (OCP) gemessen, dann das Potential schrittweise verändert und der resultierende Strom gemessen (potentiodynamische Polarisation). Alternativ erlaubt die lineare Polarisation (LPR) die Messung in kleinem Potentialbereich, um den Polarisationswiderstand Rp zu bestimmen. Die resultierende Darstellung ist i gegen E und zeigt sowohl anodische als auch kathodische Äste.

Interpretation: In vielen Systemen lässt sich die Polarisationskurve durch drei Hauptbereiche charakterisieren: Aktivierungspolarisation (kinetische Beschränkung der elektrochemischen Reaktion), ohmsche Polarisation (elektrischer Widerstand von Elektrolyt und Kontakten) und Konzentrationspolarisation (Massentransport-Limitation bei hohen Strömen). Aus der Kurve lassen sich Parameter wie die Austauschstromdichte i0, Tafelsteigungen und der Polarisationswiderstand Rp ableiten. Oft erfolgt eine Extrapolation der Tafellinien, um die Korrosionsstromdichte i_corr abzuschätzen.

Anwendungen: Polarisation curves dienen der Bestimmung der Korrosionsrate, der Bewertung von Katalysatoren und Schutzschichten sowie der Charakterisierung von Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und Batteriekathoden. Die Form der Kurve hängt stark von Material, Elektrolyt, Temperatur und Referenzelektrode ab und liefert Hinweise auf Mechanismen und Leistungsgrenzen des Systems.