diffuusiokerroimasta

Diffuusiokerros on elektrolyyttiliuoksen alue, joka sijaitsee elektrodin pinnan tuntumassa ja jossa aineiden konsentraatiot poikkeavat bulk-konsentraatiosta pääasiassa diffuusion seurauksena. Se syntyy kun konvektiota on rajallisesti tai se ei tasaa pitoisuuseroja nopeasti reaktion kanssa. Diffuusiokerroksen paksuutta merkitään δ:llä, ja se kuvaa aluetta, jolla massansiirto on diffuusion hallitsemaa.

δ riippuu olosuhteista: nesteen virtaustilanteesta, diffuusion nopeudesta D, geometrisesta konfiguraatiosta sekä ajasta. Staattisissa oloissa δ kasvaa ajan myötä likimäärin δ ∝ sqrt(Dt). Konvektion ollessa voimakasta, kuten pyörivässä levy-elektrodijärjestelmässä, δ on pienempi ja massansiirto paranee. Typillisesti diffuusiokerroksen paksuus on mikrometri-mittakaavassa ja riippuu käyttökontekstista.

Diffuusiokerroksen rooli elektrolyyttisissä ilmiöissä on keskeinen: se rajoittaa massansiirtoa ja siten reaktionopeutta. Kun pinnan konsentraatio laskee, virta on diffuusion rajoittama. Esimerkiksi limittivirtauksessa virta on likimääräisesti riippuvainen diffuusion kertoimesta, konsentraatiotason muutoksesta bulkin ja pinnan välillä sekä δ:stä (esimerkiksi jL ≈ nF D ΔC/δ pinnalla). Diffuusiokerroksen hallinta saavutetaan säätelemällä konvektiota tai käyttämällä mikroelektrodeja, jotka pienentävät δ:n ja mahdollistavat nopeammat vasteet.

Sovellukset: diffuusiokerrosta tarkastellaan elektroanalytiikassa, sensoroinnissa, akkuihin ja polttoainejärjestelmiin liittyvissä massansiirroissa sekä korroosio- ja katalyysikokeissa. Se on keskeinen käsite massansiirton mallintamisessa ja suunnittelussa.