Il controelettrodo (CE), o elettrodo ausiliario, riveste un ruolo cruciale negli esperimenti di elettrolisi, integrando l’elettrodo di lavoro mediante un potenziale di riferimento stabile. Utilizzato in metodologie che richiedono un flusso di corrente significativo, il controelettrodo ha dimensioni significativamente maggiori rispetto all’elettrodo di lavoro.
Dimensioni e Funzionalità
Secondo una regola empirica, l’area superficiale elettrochimicamente attiva del controelettrodo deve essere almeno dieci volte superiore rispetto a quella dell’elettrodo di lavoro. Questa caratteristica garantisce che la velocità dei processi sulla superficie del controelettrodo, espressa in termini di densità di corrente, non limiti la velocità dei processi sull’elettrodo di lavoro. Questo consente alle semireazioni al controelettrodo di avvenire più rapidamente rispetto a quelle dell’elettrodo di lavoro.
Quando si verifica una riduzione all’elettrodo di lavoro, avviene simultaneamente un’ossidazione al controelettrodo, il quale deve essere scelto per mantenere la massima inerzia possibile. Tuttavia, i controelettrodi possono generare sottoprodotti, rendendo necessario talvolta isolarli mediante compartimenti appositi. In situazioni in cui viene usato un singolo compartimento, le reazioni al CE devono essere considerate con attenzione, poiché possono alterare la concentrazione dei reagenti in soluzione.
Proprietà del Controelettrodo
Un controelettrodo efficiente deve possedere determinati requisiti, tra cui:
- Conduttività Elettronica Elevata: Una bassa resistenza al trasferimento di carica interfacciale è fondamentale per garantire un flusso di corrente adeguato.
- Proprietà Meccaniche Eccellenti: Elevata resistenza, buona duttilità, e durevolezza nel tempo.
- Elevata Purezza: Impurità anche in piccole quantità possono interferire con i processi elettrochimici.
- Stabilità Chimica: Resistente alla corrosione in un ampio intervallo di potenziali e pH.
- Attività Elettrocatalitica: Deve mostrare attività verso molteplici reazioni elettrochimiche.
- Costi Ridotti: Bassi costi di acquisizione e produzione dei materiali.
Materiali Utilizzati
La selezione dei materiali per la costruzione del controelettrodo è limitata poiché pochi soddisfano tutte le proprietà richieste. Il platino è comunemente utilizzato per le celle elettrochimiche standard, grazie alla sua resistenza a ossidazione e solventi. Altri metalli come rodio, palladio, e oro possono essere impiegati per la loro inerzia. Inoltre, elettrodi inerti di grafite sono utilizzati frequentemente, generando principalmente gas come ossigeno o cloro durante le reazioni.
Nei sistemi chiusi, la gestione dei prodotti di reazione gassosi è più complessa; in tali casi, un elettrodo reattivo può essere più adeguato. Polimeri conduttivi, come il Poli(3,4-etilendiossitiofene) (PEDOT) e il polipirrolo (PPy), possono essere impiegati in forma nanometrica per migliorare il trasporto di carica e l’area superficiale.
Celle di Grätzel
Le celle solari sensibilizzate da coloranti (DSSC), introdotte nel 1991, rappresentano una delle tecnologie fotovoltaiche più promettenti per la conversione dell’energia solare, grazie a costi contenuti e metodi di fabbricazione semplici. Tra i principali componenti di queste celle troviamo il fotoanodo, il controelettrodo e l’elettrolita, tutti essenziali per ottimizzare le prestazioni del dispositivo.
Il controelettrodo gioca un ruolo vitale, facilitando il trasferimento di elettroni e contribuendo alla rigenerazione del colorante. Viene approfondito l’uso di materiali alternativi interessanti per la sostituzione del controelettrodo a base di platino, con l’analisi di materiali carboniosi, polimeri conduttivi e ossidi. Questi materiali, grazie alle loro proprietà, sono oggetto di studi diffusi per migliorare l’efficienza e ridurre i costi delle celle solari sensibilizzate da coloranti.
