The lifetime and stability of reference electrodes is critical for the long-term reliability of electrochemical sensing technologies. In this work, we demonstrate that the operational lifespan of a reference electrode (RE) is heavily influenced by the length of the filling solution. A mathematical solution, based on 1D, Fickian diffusion between the RE filling solution and an infinite volume test solution, predicts that doubling the length of the filling solution channel will quadruple the lifespan of the RE. In comparison, halving the diffusion coefficient of the filling solution (e.g., by changing the material) only increases the RE lifetime by 20-25%. The quadratic dependence of the filling solution length on lifetime was experimentally observed by monitoring the open-circuit potentials of RE's composed of an Ag/AgCl couple and agar-gel filling solutions (agar + 1.0 M KCl) inside glass capillaries of different lengths. The 1 cm RE remained stable for 6 hours, whereas a 10 cm RE was stable for approximately 18 days (430 hours). Lastly, we demonstrate that 3D printed and CNC (computer numerical control) machined RE housings with long and narrow filling solution channels can be used to produce small REs with enhanced lifetimes. Reference electrodes prepared this way were low-cost, small, and more stable than a typical commercial reference electrode design. A 4 cm long, 3D printed RE housing with 3 mL of agar gel filling solution provided over 6 months of potential stability, outlasting a conventional RE design with double the amount of reference solution volume.

参比电极的寿命和稳定性对于电化学传感技术的长期可靠性至关重要。在这项工作中，我们证明了参比电极 (RE) 的使用寿命在很大程度上受填充溶液长度的影响。基于 RE 填充溶液和无限体积测试溶液之间的 1D Fickian 扩散的数学解决方案预测，将填充溶液通道的长度加倍将使 RE 的寿命翻两番。相比之下，将填充溶液的扩散系数减半（例如，通过改变材料）只会将 RE 寿命增加 20-25%。通过监测 RE' 的开路电位，通过实验观察到填充溶液长度对寿命的二次依赖性 它由不同长度的玻璃毛细管内的 Ag/AgCl 对和琼脂凝胶填充溶液（琼脂 + 1.0 M KCl）组成。1 cm RE 保持稳定 6 小时，而 10 cm RE 稳定约 18 天（430 小时）。最后，我们证明了 3D 打印和 CNC（计算机数控）加工的具有长而窄的填充溶液通道的 RE 外壳可用于生产具有更长使用寿命的小型 RE。以这种方式制备的参比电极成本低、体积小且比典型的商业参比电极设计更稳定。一个 4 cm 长的 3D 打印 RE 外壳和 3 mL 琼脂凝胶填充溶液提供了超过 6 个月的潜在稳定性，比传统的 RE 设计更持久，参考溶液体积翻倍。1 cm RE 保持稳定 6 小时，而 10 cm RE 稳定约 18 天（430 小时）。最后，我们证明了 3D 打印和 CNC（计算机数控）加工的具有长而窄的填充溶液通道的 RE 外壳可用于生产具有更长使用寿命的小型 RE。以这种方式制备的参比电极成本低、体积小且比典型的商业参比电极设计更稳定。一个 4 cm 长的 3D 打印 RE 外壳和 3 mL 琼脂凝胶填充溶液提供了超过 6 个月的潜在稳定性，比传统的 RE 设计更持久，参考溶液体积翻倍。1 cm RE 保持稳定 6 小时，而 10 cm RE 稳定约 18 天（430 小时）。最后，我们证明了 3D 打印和 CNC（计算机数控）加工的具有长而窄的填充溶液通道的 RE 外壳可用于生产具有更长使用寿命的小型 RE。以这种方式制备的参比电极成本低、体积小且比典型的商业参比电极设计更稳定。一个 4 cm 长的 3D 打印 RE 外壳和 3 mL 琼脂凝胶填充溶液提供了超过 6 个月的潜在稳定性，比传统的 RE 设计更持久，参考溶液体积翻倍。我们证明了 3D 打印和 CNC（计算机数控）加工的具有长而窄的填充溶液通道的 RE 外壳可用于生产具有更长使用寿命的小型 RE。以这种方式制备的参比电极成本低、体积小且比典型的商业参比电极设计更稳定。一个 4 cm 长的 3D 打印 RE 外壳和 3 mL 琼脂凝胶填充溶液提供了超过 6 个月的潜在稳定性，比传统的 RE 设计更持久，参考溶液体积翻倍。我们证明了 3D 打印和 CNC（计算机数控）加工的具有长而窄的填充溶液通道的 RE 外壳可用于生产具有更长使用寿命的小型 RE。以这种方式制备的参比电极成本低、体积小且比典型的商业参比电极设计更稳定。一个 4 cm 长的 3D 打印 RE 外壳和 3 mL 琼脂凝胶填充溶液提供了超过 6 个月的潜在稳定性，比传统的 RE 设计更持久，参考溶液体积翻倍。