Title: Komplementäre experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Optimierung einer elektrochemischen ICP-MS Durchflusszelle
Other Titles: A combined experimental and theoretical study for optimizing an electrochemical ICP-MS flow cell
Language: English
Authors: Kalchgruber, Lukas 
Qualification level: Diploma
Advisor: Valtiner, Markus 
Assisting Advisor: Linert, Wolfgang  
Issue Date: 2020
Citation: 
Kalchgruber, L. (2020). Komplementäre experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Optimierung einer elektrochemischen ICP-MS Durchflusszelle [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2020.78567
Number of Pages: 70
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Eine elektrochemische Durchflusszelle ist, wenn sie mit einem Massenspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (= ICP-MS) gekoppelt wird, ein leistungsstarkes Werkzeug zur Beschreibung von Korrosionsprozessen. Das Ziel dieser Forschung war es, eine Simulation für eine elektrochemische Durchflusszelle zu entwickeln, die (in weiteren Foschungen) zum Entwurf einer neuen elektrochemischen Durchflusszelle verwendet wird. Die vorliegende Zelle zeigt signifikante Nachteile (z.B.: schlechte Verteilung der Stromdichte, erhöhte Korrosion aufgrund des verwende- ten O-Rings, Spaltkorrosion in Systemen, die dafür empfindlich sind, ...). Um eine verbesserte Zelle herstellen zu können, wurden Computersimulationen mit dem Programm COMSOL Multiphysics durchgeführt, welches die Möglichkeit bietet, den Einfluss verschiedener Parameter zu berechnen (z. B. Leitfähigkeit des Elek- trolyts, Geometrie, Anzahl der beteiligten Elektronen, ...). Darüber hinaus wurden mit der derzeit verwendeten elektrochemischen Durchflusszelle verschiedene Experimente durchgeführt. Dies Experimente waren Voltammetry, ICP-MS-Messungen und Profilometermessungen. Die experimentellen Daten wurden verwendet, um die Simulation zu validieren. Mit dem neu gewonnen Wissen aus der Simulation verschiedener Parameter wurde eine Liste von Kriterien für die neue elektro- chemische Durchflusszelle entwickelt, um verschiedene Zellgeometrien zu vergleichen. In zukünftigen Studien wird diese Kriterienliste verwendet, um neue Zellen zu optimieren. Diese Zellen werden dann mit COMSOL Multiphysics simuliert, einem Benchmarking unterzogen und schließlich in zukünftigen Forschungsarbeiten hergestellt und getestet.

An electrochemical flow cell when coupled to an inductively coupled plasma mass spectrometer (= ICP-MS), is a powerful tool to describe corrosion processes. The goal of this research was to develop a simulation for an electrochemical flow cell, which will be used (in further research) to design a new electrochemical flow cell. The present cell shows significant disadvantages (e.g.: poor distribution of the current density, increased corrosion due to the O-ring used, crevice corrosion in systems that are sensitive to it,...). In order to be able to build a improved cell, computer simulations were carried out using the COMSOL Multiphysics pro- gram, which offers the possibility to calculate the influence of different parameters (e.g.: electrolyte conductivity, geometry, number of participating electrons,...). Furthermore, various experiments, including electrochemical square wave polar- ization, ICP-MS measurements and profilometer measurements, were performed with the currently used electrochemical flow cell. The experimental data was used to validate the simulation. With the new knowledge from simulating different parameters, a criteria list for the new electrochemical flow cell was developed to benchmark different cell geometries. In future studies this criteria list will be used to optimize new cells. These cells will then be simulated with COMSOL Multiphysics, benchmarked and finally they will be produced and tested in future research.
Keywords: Elektrochemie; Finite Elemente Simulation
Electrochemistry; finite elements simulation
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2020.78567
http://hdl.handle.net/20.500.12708/15604
DOI: 10.34726/hss.2020.78567
Library ID: AC15752279
Organisation: E134 - Institut für Angewandte Physik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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