elektrokemiallinen

Elektrokemiallinen tiede tutkii sähköisten ja kemiallisten ilmiöiden välistä vuorovaikutusta. Keskeisiä ilmiöitä ovat redox-reaktiot ja elektronien siirtyminen elektrodien ja elektrolyyttien rajapinnoilla. Tieteenala yhdistää kemian, fysiikan ja materiaalitutkimuksen näkökulmia ja ilmenee sekä teoreettisissa malleissa että käytännön sovelluksissa.

Perusperiaatteet: Elektrodeja ja elektrolyyttejä sisältävät järjestelmät voivat muuntaa kemiallista energiaa sähköenergiaksi tai päinvastoin. Galvaaniset (voltaiset) solut tuottavat sähköenergiaa spontaanien redox-reaktioiden avulla; elektrolyysissä sähköenergiaa käytetään kemiallisten reaktioiden edistämiseen. Standardipotentiaalien ja Nernstin yhtälön avulla voidaan arvioida reaktioiden ajoitus ja vapautuvan energian määrä. Faradayn lait määrittävät, kuinka paljon sähkövarauksia siirtyy reaktioissa.

Tekniikka ja laitteet: Tutkimuksessa käytetään potentiaali- ja galvanostattilaitteita sekä impedance-spektroskopiaa. Elektrodien ja elektrolyyttien valinta sekä kokeelliset olosuhteet vaikuttavat tuloksiin. Elektrokemiallisia järjestelmiä hyödyntäviä sovelluksia ovat energian varastointi, metallien elektrolyyttinen tuotanto sekä pinnoitus ja korroosion hallinta.

Sovellukset: Esimerkkejä ovat energian varastointi (akut ja superkondensaattorit), elektrolyyttinen metallin tuotanto sekä metallien pinnoitus ja korroosion ehkäisy. Lisäksi elektrokemiallisia sensoritekniikoita ja biosensoreita kehitetään sekä sovelletaan ympäristö- ja terveysalalla.

Historia: Elektrokemian juuret ovat 1800-luvun kokeissa Voltan, Galvanin ja Faradan kanssa. Nernstin yhtälö toi syvällisen tavan kuvata redox-reaktioiden potentiaaleja ja konsentraatioita. Nykyisin ala kattaa energiateknologian, materiaalitutkimuksen ja sensoroinnin monipuolisesti.