A VMP-300 az egyik legjobb potenciosztát a világon, legalább is, ami a többcsatornás potenciosztátokat illeti. Mérési paraméterei vetekszenek szinte minden potenciosztáttal: 80 előreprogramozott elektrokémiai módszer kivitelezése, EIS mérések 7 MHz-ig, eredmények elemzése és adatok feldolgozása a gép programjában (illesztő program, grafikai feldolgozás akár 3D-ben), na és ha még ehhez hozzáadjuk, hogy bővíthető boosterekkel (erősítőkkel) és akkor akár 150A-ig mérhetünk vele, akkor már értjük, hogy nem túlzás a fenti kijelentés. Alábbi cikkünkben bemutatjuk a VMP-300 flexibilitását, és ebből következő széles körű felhasználási lehetőségeit.
Miért különleges a VMP-300?
A VMP-300 egy 16 csatornás potenciosztát/galvanosztát és a prémium potenciosztátok családjához tartozik (https://www.biologic.net/product_category/premium-potentiostats/ ).
Ebbe a családba olyan potenciosztátok tartoznak, amelyek páratlan minőséggel, pontossággal, teljesítménnyel és sebességgel rendelkeznek. A BioLogic a Premium termékcsaládot azoknak a kutatóknak tervezte, akiknek a leggyorsabb, legpontosabb potenciosztátokra van szükségük.
Ez a csúcstechnológiás potenciosztát-sorozat a piacon elérhető legmagasabb specifikációkkal büszkélkedhet: 100 fA-tól 150 Amper-ig (ultra alacsony áramerősség blokkal és nagy teljesítményű erősítőkkel) terjedő egyenáram mérési lehetőség, EIS-ben 7 MHz-ig lehet mérni vele, valamint µs-ként 1 adatpontot elérő mintavételezési frekvenciával bír. Bővebben a VMP-300 műszaki adatairól itt olvashat: https://www.biologic.net/products/vmp-300/ .
VMP-300 modularitása
A VMP-300 többcsatornás potenciosztát egy moduláris házból áll, amelyben van lehetőség 16 csatornát beépíteni. A felhasználó dönti el, milyen csatornákra van szüksége: alap potenciosztátra, potenciosztát/galvanosztátra EIS mérési lehetőségekkel, vagy erősítő (booster) kártyát választ igénye szerint (±1 A/±48 V, ±2 A/±30 V, ±4 A/[-3;14] V, ±10 A/[-1;6] V ).
A modularitás a VMP-300 esetében egy sor előnyt ad a felhasználónak. A felhasználó fokozatosan fejlesztheti készülékét. Először megvehet például egy VMP-300 alvázat csak egy EIS-t is mérő potenciosztát csatornával. Ilyen potenciosztáttal már precíziósan mérhetőek például egy 30 mAh körüli kapacitású LIR2032 gombelem paraméterei https://www.biologic.net/topics/understanding-internal-premium-boosters/. De természetesen elvégezhetőek más kutatások is: klasszikus elektrokémiai cellákon akár 2,3,4,5 elektródás csatlakoztatásával mérhetőek elektrokémiai folyamatok különböző elektródákon, módszerekkel (80 előreprogramozott módszer az elektrokémia minden irányából).
De ha a fent említett felhasználónknak a kutatásaihoz szüksége lett 26650-es hengeres típusú akkumulátorok tesztelése, amelynek kapacitása körülbelül 3 Ah, akkor egy további 10 A-es erősítő kártyát vásárol és a mérési tartománya a VMP-300-nak 10A-ig nő, amellyel már ezeket a méréseket is el tudja végezni.
A VMP-300 felszereltsége és lehetőségei együtt nőhetnek a kutatók igényeivel. Ha már a kutatónk, például 30Ah-s lapos cella tanulmányozását is tervezi, szüksége lesz három darab 10 A-es erősítő kártyára a VMP-300 alvázán párhuzamosan.
Egy alap 16 csatornás VMP-300 vázban kialakítható többféle megoldású és kapacitású elektrokémiai munkaállomás:
1x150A –s rendszer ( 1 potenciosztát vezérel 15 db 10 A-s boostert párhuzamosan bekötve);
2×60 A-s rendszer ( 2 potenciosztát vezérel 6+6 db 10A boostert);
3x 40A-s rendszer (3 potenciosztát és 4+4+4 db 10A booster);
4x30A-rendszer (4 potenciosztát és 4db 3x10A booster);
8x10A –s rendszer(8 potenciosztát és 8db 10A-s bboster is kialakítható.
Előnye a VMP-300-nak, hogy egyszerűen a laborban átkonfigurálható a potenciosztát az új feladatokra és az EC-LAB vezérlő program újra felismeri a rendszert. Például, a 4x30A-es rendszer, lehet akár 1x120A potenciosztát, vagy 2x60A-s potenciosztát, vagy 4x30A.
Több kis cellától egy nagy celláig, minden lehetséges egyszerű plug&play csatlakoztatással.
A VMP-300 a nagyáramú boosterekkel maximális modularitást biztosít a felhasználónak és mindemellett:
- Szuper nagy pontosság az egész polarizációs görbén;
- Feszültségtartomány 0 V-ig (néha fontos az üzemanyagcellák számára) és 3 V-ig (az elektrolizerek esetében);
- EIS + Boosterrel a mérések elvégezhetőek akár 150A árammal 100 kHz-ig (ezek a paraméterek fontosak az elektrolizerek és teljesen szilárdtestű akkumulátorok (ASSB) esetében);
- Vezérelhet külső eszközöket (EXTAPP protokol az EC-Lab program része és vezérelhet termosztátokat), kompatibilis más laborintegrációs rendszerrel (LabView/Python integráció lehetséges), rendelkezik 2db analóg bemenettel, 1db analóg kimenettel, 3db TTL (trigger bemenet/kimenet és biztonság), 2db monitor kimenet (áram és feszültség).
VMP-300 extrák
A VMP-300 potenciosztát több-felhasználós rendszer. Egyszerre több számítógép is csatlakoztatható az elektrokémiai munkaállomáshoz a BioLogic Ethernet LAN csatlakozási képességének köszönhetően. Ennek köszönhetően több csoport is végezhet párhuzamosan méréseket egy műszeren. Ez nagy segítség, ha több munkatársnak is szüksége van az elektrokémiai mérésekre.
De egy számítógépről is lehet vezérelni akár több potenciosztátot. Például, ha egy gyártásban alkalmazzák a sok minta minőségi ellenőrzésére, validálására.
A VMP-300 multi-elektród módban is tud működni, amikor ugyanabban a közegben egyszerre van több munkaelektróda egy közös ellenelektródával és referenciaelektródával. Ez fontos lehet, például, a korróziós méréseknél, amikor ugyanolyan feltételek mellett szeretnénk tanulmányozni különböző összetételű elektródákat, vagy különleges többelektródás szenzorok tanulmányozása esetében.
A VMP-300 egy beépített kalibrációs táblával is rendelkezik, amelyiknek segítségével, több mint 100 ellenőrző pont újrakalibrálható/tesztelhető.
Módosíts menet közben: A Modify on the fly a BioLogic által fejlesztett EC-Lab program egyedülálló tulajdonsága. Menet közben módosíthatja a kísérletet, így nagyobb rugalmasságot és irányítást biztosít – mindkettő segítheti a kutatás előrehaladását. Az EC-Lab® programmal, rugalmason vezetheti a kísérletét és mérés közben is megváltoztathatja, például az akkumulátor töltési feszültségét, vagy a ciklikus voltammetria mérési határait, vagy az elektrolízis kísérlet során alkalmazott feszültség határát. A mérések tervezése és végrehajtása nem kell, hogy nehéz legyen.
EC-Lab – szuper program a szuper potenciosztáthoz.
Erőteljes, moduláris és könnyen használható. A legerősebb hardver csak annyira teljesít, mint a mögötte lévő szoftver. A BioLogic EC-Lab kivívta magának a hírnevet, mint az intuitív vezérlés és az analitikai teljesítmény kombinációján alapuló potenciosztát-vezérlő szoftver etalonja.
Az EC-Lab program a potenciosztáttal együtt érkezik a felhasználóhoz egy pendrivon, amelyről installálható a felhasználó számítógépére. A programért külön nem kell fizetni. A frissítések ingyen letölthetőek a BioLogic honlapjáról, a VMP-300 potenciosztát regisztrációja után: https://www.biologic.net/support-software/ec-lab-software/ .
A potenciosztát vezérlése munka közben a számítógépről az EC-Lab® programokkal történik, amelynek segítségével több, mint 80 különböző elektrokémiai módszer kivitelezhető.
A mérési eredmények feldolgozása is az EC-Lab programmal történik, nem kell külön exportálni az adatokat más feldolgozó programba. Az eredmények elemzését beépített illesztő (fitting) programok segítik, amelyek a mai tudomány által igényelt legtöbb ilyen megoldást tartalmazza.
Az EIS modellezést 150 áramkörtípus közti választással lehet könnyíteni, két típusú minimalizálási algoritmussal.
A program szimulációs lehetőségeket is ad az EIS és a CV mérésekhez. Ezzel könnyen modellezhetőek a különböző paraméterek hatása az EIS spektrumra, vagy a CV maximumára, formájára.
Matematikai számítások is végezhetőek az adatokon (differenciálás, integrálás, filok kivonása, Fourier Transzformáció, interpoláció stb.).
Az EC-Lab program lehetővé teszi a potenciosztáthoz csatlakoztatott forgó korong elektród és más kisegítő eszköz (például, kvarc kristály mikromérleg analizátor) irányítását mérések közben. Az EC-Lab program erőssége az egyszerű, könnyen megtanulható logikai felépítés, az eredmények kitűnő grafikai demonstrálása pedig vizuális élménnyé teszi a potenciosztáttal való munkát.
Értékes adatok
Bár az elektrokémia csak az idő, áram, töltés, ciklus és feszültség kombinációja, hihetetlenül fontos tudni, hogyan lehet a nyers adatokat értelmes információvá alakítani. Az EC-Lab®-ban a technikák automatizálhatók, így értékes időt takaríthat meg, és segít azonosítani az olyan kulcsfontosságú adatokat, mint az akkumulátorciklus élettartama, a coulombikus hatásfok, a kapacitás, az ohmos esés, a dQ/dV , vagy Tafel görbe elemzés, ciklikus voltamperogrammok pik elemzése stb.
Autonóm műszer az optimális megbízhatóság és biztonság érdekében. Az Ön adatai és a cellája rendkívül fontosak, ezért a műszerek megbízhatósága kritikus fontosságú. Ez az oka annak, hogy a BioLogic műszerekben használt architektúrát a legmagasabb szintű robusztusság szem előtt tartásával tervezték.
Nagyon fontos a mérés folyamatának a megbízhatósága, vagyis a cella kezelésének módja. Mi történik, ha probléma van a számítógéppel? Elvesznek az adatok? A BioLogic műszerekkel a mérések a csatornatáblára betöltött beállítások alapján folytatódnak, pontosabban a biztonsági határértéket minden időbázison ellenőrizni fogják. Ez különösen fontos a hetek vagy hónapok alatt végzett hosszú távú mérések esetén, ami jellemző az akkumulátortesztelő berendezésekre vagy az akkumulátor öregedésének mérésénél.
VMP-300 potenciosztát : Kutatásoktól a minőségi ellenőrzésekig
A VMP-300 képes lefedni egy csoport igényeit a kutatástól egészen a prototípusok minőségi ellenőrzéséig. Ehhez meg van minden tulajdonsága: alacsony áramú kis cellák tulajdonságainak a mérésétől, egészen a nagyáramú rendszerekig legmagasabb szinten és 16 csatornán kivitelezhetőek a mérések. Garantált pontosság, felbontás, érzékenység, adatok minőségi begyűjtése, biztonságos tárolása, feldolgozása, elemzése – mindez akár a gyártási minőségellenőrzésnél is hasznos lehet. Példaként, az alábbi ábrán az akkumulátor fejlesztés fázisai vannak bemutatva, amelyekben a VMP-300 sikeresen szerepelhet.
VMP-300: Referenciák Magyarországon
Tipikus példája lehet a VMP-300 fokozatos fejlesztésének a Természettudományi Kutatóintézetben működő Megújuló Energia Kutatócsoport (http://www.ttk.hu/aki/megujulo-energia-kutatocsoport/ ) által használatában lévő VMP-300 potenciosztát. A csoport tüzelőanyag cellákat fejleszt, egyedi anyagokon, egyedi előállítási technológiával. A BioLogic potenciosztátot először az alapanyagok, folyamatok kutatására használták ( katalitikus aktívitás mérés, katalizátor réteg reális felületének meghatározása, korrózió sebességének mérése, membrán ellenállás meghatározása elektrokémiai módszerekkel stb.). A kész tüzelőanyagcellát a szintén BioLogic által gyártott FCT-150 tüzelőanyagcella teszteren mérték. Viszont ezzel a műszerrel ciklikus voltamperometriai méréseket nem lehet kivitelezni, amire nagy szükség volt. Ekkor került képbe a VMP-300+booster opció. A kisméretű (5cm2) cellához a 10A booster elég volt, de amikor már 16 cm2 kezdtek tanulmányozni , újabb boosterekre lett szükség. A többcsatornás potenciosztát előnyei akkor lettek főleg érzékelhetőek, amikor már tüzelőanyag cella kötegeket kezdtek tanulmányozni és nem csak a köteg együttes paramétereit lehetett mérni, de közben a köteg részeit képező cellákat is. Az FCT-150 + VMP-300 potenciosztát itt nagyon hasznosnak bizonyult.
A Természettudományi Kutatóintézetben működik egy másik egység is – a Szilárdtest Energiatárolás Kutatócsoport (http://www.ttk.hu/aki/szilardtest-energiatarolas-kutatocsoport/). Ez a csoport 4. generációs Li-ion akkumulátorok (jellemzően szilárdtest és konverziós elektródok) és poszt Li-ion (Na-ion, Mg-ion) akkumulátorok funkcionális anyaginak fejlesztésével, valamint az összetett, úgynevezett elektro-kemo-mechanikai öregedési folyamatok feltérképezésével foglalkozik. Ennek a csoportnak a kutatások irányának az adottságaiból, nagyon sok potenciosztát csatornára és hosszú mérési időkre van szüksége. De van egy olyan fontos kritérium is, hogy az elektrokémiai impedancia (EIS) méréseknél a magas frekvenciákon (100kHz körül) vannak a számukra érdekes folyamatok (a szilárdtestű akkumulátorokban nagyon fontos a szemcsék közötti ion-transzport), ezért a VMP-300 nagyon megfelel ennek a feladatnak. Mivel a Megújuló Energia Kutatócsoportjában még volt a VMP-300-ban szabad csatorna, ezekbe vettek potenciosztát lapokat és lehetőség nyílott 4 új nagypontosságú pontenciosztáton végezni a méréseket. Így jelenleg egy VMP-300 potenciosztát két kutatócsoport igényeit elégíti ki.
A Szegedi Tudományegyetem Kémiai Intézetének Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékén (http://www2.sci.u-szeged.hu/physchem/kutatocsoportok.html ) fejlesztések folynak széndioxid elektrokémiai megkötésének és energiahordozó tüzelőanyag formátummá való átalakításán. A kutatások már prototípusok tesztelési fázisában vannak. Viszont a nagyobb méretű elektrolízerek tanulmányozásához nagyáramú potenciosztátokra volt szükség, amelyek magas frekvencián (100 kHz-ig) képesek EIS mérésekre. Leg megfelelőbb erre a feladatra a VMP-300+booster opció lett, ezért is alkalmaz a munkacsoport 2 darab VMP-300-st a fejlesztésekben.
Összefoglaló
A zöld energetika alap eszközei az elektrolízerek, amelyek villanyáramból hidrogént termelnek, a tüzelőanyag cellák, amelyek a hidrogénből áramot generálnak, az akkumulátorok, amelyek tárolni tudják az energiát. Mindezek az eszközök fejlesztése, tesztelése nagy tudású potenciosztátokat is igényel. Mivel nem elegendő a csak kis áramokon (kisebb, mint 1 A) végzett mérések, főleg a prototípusok tesztelési fázisában, ezért is van nagy igény a moduláris többcsatornás, fejleszthető potenciosztátokra, mint a VMP-300. A cikkünkben bemutattuk, hogy a VMP-300 és a boosterek kombinációjával mennyire sokféle igénynek lehet megfelelni, és mennyire jelentős gyorsítást lehet elvégezni a kutatómunka menetén. Egy 16 csatornás munkaállomással, kis létszámú csapat is képes gyorsan haladni a siker felé.
Kérdési vannak? Írjon nekünk: info@labornite.hu címünkre.
