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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

FachabteilungenAbt. 3 Chemische Physik und Explosionsschutz3.4 Physikalische Chemie > 3.41 Grundlagen der Elektrochemie und elektrochemische Energiespeicher
Grundlagen der Elektrochemie und elektrochemische Energiespeicher
Arbeitsgruppe 3.41



Aufgaben

  • Zuverlässige, auf das SI zurückgeführte Messung elektrochemischer Messgrößen
  • Forschung und Entwicklung zu metrologischen Aspekten elektrochemischer Messverfahren
    • Grundlagen der Leitfähigkeitsmessung im Rein- und Reinstwasserbereich
    • SI zurückgeführte Messung der Salinität
    • Primäre Basis für die Messung des pH von Meerwasser
    • Kalibrierverfahren für die Ionenaktivität, speziell für klinisch relevante Analyte
    • Referenzverfahren für pH-Messungen in der klinischen Chemie
    • Zuverlässige elektrochemische Qualitätsparameter für Biokraftstoffe
    • Gesundheitszustand (SoH) von Batterien

Dienstleistungen / Mess- und Kalibriermöglichkeiten

pH-Wert von Referenzpufferlösungen

Mit einem international vereinbarten primären Messverfahren (IUPAC 2002, DIN 19266) kann der pH-Wert von Referenzpufferlösungen im Temperaturbereich von 5 °C bis 80 °C mit einer erweiterten Messunsicherheit (k=2) in pH je nach Puffer von 0.002 bis 0.004 (bei 25 °C)  gemessen werden.

Ionenaktivität

Mit der in der PTB entwickelten Miniatur-ISE- Durchflusszelle kann die Ionenaktivität folgender Ionen bestimmt werden:

Ion1Messbereich in mmol⋅kg-12Erweiterte Messunsicherheit in %
  Calcium0.66 – 1.545.8
Natrium126 – 1542.5
Kalium2.76 – 4.972.8
Chlorid135 – 1562.8

 1 kann ggfs. angepasst werden; 2Erweiterungsfaktor  k=2

Leitfähigkeit von Referenzlösungen

Mit dem in der PTB entwickelten primären Leitfähigkeitsmessplatz für Referenzlösungen kann die Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen im Bereich zwischen 0.1 mS/m und 20 S/m mit einer relativen  erweiterte (k=2) Unsicherheit von bis zu 0.04 % gemessen werden.

Zellkonstante von Leitfähigkeits-Messzellen für Anwendungen im Reinstwasserbereich

Der an der PTB entwickelter Messplatz ermöglicht die Kalibrierung der Zellkonstanten von Durchflussmesszellen. Er ist für Messzellen konzipiert, die im Rein- und Reinstwasserbereich Anwendung finden und deckt den Leitfähigkeitsbereich von 5.5 µS/m bis ca. 15 mS/m mit einer erweiterten (k=2), relativen Messunsicherheit von ca. 1 % ab.

Sonderwünsche

Die Arbeitsgruppe versucht ihre Messaufbauten möglichst flexibel zu gestalten und steht auch ungewöhnlichen Kalibrieranfragen jederzeit offen gegenüber. So haben wir bereits beispielsweise die Leitfähigkeit und den pH-Wert von Lacken oder Treibstoffen vermessen.


Prüfungs- und Kalibrierangebot

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Calibration and Measurement Capabilities (CMC)

Zertifizierte Messmöglichkeiten im Rahmen des Mutual Recognition Arrangement sind hier http://kcdb.bipm.fr/appendixC/search.asp?reset=1&met=QM

Projekte

T2J10/ TRACEBIOACTIVITY (2008-2011)

In der medizinischen Diagnostik ist zunehmend die quantitative Information über die chemische aktive Form des Analyten (Species) gefordert.

T2J10 –WP3: Metrological Aspects of Chemical Activity Measurements of Essential Ionic Species

Entwicklung eines Verfahrens und Aufbau eines Messplatzes um die Aktivität von Ionen im Durchfluss zu messen. Zu diesem Zweck werden neue ISE-Miniatur-Durchflussmesszellen entwickelt und  Referenzmaterialien zur Kalibrierung des Messsystems im klinisch relevanten Messbereich (Natrium135-150 mmol/L, Kalium 3.5-4.5 mmol/L, Calcium 1.1-1.3 mmol/L und Magnesium 0.7-1.6 mmol/L) sowie von Chlorid charakterisiert. Zur Berechnung der Ionenaktivität wird das semiempirische Modell von K.S. Pitzer verwendet.

TP2-J10 – WP4: Ionic Contamination of Ultra-pure Water

Entwicklung eines Verfahrens und Aufbau eines Messplatzes, um die Leitfähigkeit von Reinstwasser, das gezielt mit Ionen im μmol/L Bereich versetzt wird, auf das SI zurückgeführt im Durchfluss zu messen. Bestandteil ist die Entwicklung eines allgemeinen Modells zur Bestimmung des Lösungswiderstands für diesen Leitfähigkeitsbereich.

ENG09  Biofuels (2010-2013)

ENG09 –WP3: Quality Parameter for Bioethanol

Die Leitfähigkeit und der pH-Wert sind einfach zu messende Qualitätsparameter um die ionische Kontamination von Bioethanol zu überprüfen. Im Rahmen des Projektes wird eine primäre Messprozedur entwickelt, um die Leitfähigkeit von Bioethanol auf das SI zurückgeführt messen zu können. Der pH-Wert von Bioethanol-Wasser Mischungen wird mit einem primären pH - Messverfahren (Harned-Zelle) gemessen. Die Eignung von Glaselektrodenmessketten für die Messung in Bioethanol wird untersucht.

ENV05 Metrology of Ocean Salinity and Acidity- OCEAN ( 2011-2014)

Das Projekt EMRP ENV05 “Metrology of Ocean Salinity and Acidity“ wird  von Petra Spitzer (Petra.Spitzer@ptb.de), PTB 3.13 koordiniert.

ENV05 – WP1: Traceability of Practical Salinity based on Density Standards

Entwicklung und Aufbau eines Messplatzes, um die Praktische Salinität – ein Maß für den Salzgehalt von Meerwasser – zurückgeführt auf die Dichte bei Temperaturen und Drücken zu messen, die für die Ozeanographie relevant sind.
Das WP wird von Steffen Seitz (Steffen.Seitz@ptb.de), PTB, 3.13 koordiniert.

Leitfähigeitsmesszellen für die Ozeanographie

Im Zusammenhang mit dem ENV05-Projekt befindet sich derzeit ein Messplatz für die Kalibrierung von Leitfähigkeitsmesszellen im Aufbau, die in der Ozeanographie bei Drücken bis zu 70 MPa (700 bar) zum Einsatz kommen.

ENV05 – WP3: Primary and Reference Methods for Acidity and Composition of Seawater

Im Projekt ENV05 soll eine Primärmethode für die Bestimmung des pH-Wertes von Meerwasser entwickelt, sowie eine Richtlinie für Feldmessungen des pH-Wertes ausgearbeitet werden.

Batterien

Die Arbeitsgruppe plant den Aufbau eines Referenzmessplatzes, um den Gesundheitszustand von Li-Ionen Batterien, die im Bereich der Elektrotraktion eingesetzt werden, mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) zu messen.




Kontakt

Dipl.-Chem. Petra Spitzer
Tel.: 0531 592-3130
E-Mail: Petra Spitzer

Steffi Siegfried
Tel.: 0531-592-3101
Fax: 0531-592-3015
E-Mail: Steffi Siegfried

Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Fachbereich 3.1
Bundesallee 100
38116 Braunschweig

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© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2015-01-21, Steffi Siegfried Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF