Řešení zanášení povrchu elektrod
Zanášení povrchu elektrod je závažným problémem v mnoha elektrochemických výrobních procesech a v elektrochemických senzorech. Znečištění elektrod může ovlivnit výkon a energetickou účinnost elektrochemického článku. Ultrazvuku je účinný způsob, jak se vyhnout a odstranit znečištění elektrod.
Zanášení elektrod snižuje fyzický kontakt elektrolytu s elektrodou pro přenos elektronů a tím snižuje rychlost elektrochemické reakce. Zanášecí činidlo často ulpívá na určitých strukturálních vlastnostech na povrchu elektrody v důsledku hydrofilních, hydrofobních nebo elektrostatických interakcí mezi zanášecím činidlem a povrchem elektrody.
Metody ochrany proti znečištění zahrnují povrchovou úpravu nebo potahování polymery nebo materiály na bázi uhlíku, jako jsou uhlíkové nanotrubice nebo grafen, kvůli jejich velkému povrchu, elektrokatalytickým vlastnostem a odolnosti proti znečištění. Alternativně mohou mít kovové nanočástice antivegetativní vlastnosti v kombinaci s elektrokatalytickými vlastnostmi a vysokou elektrickou vodivostí.
Ultrazvukové mechanické míchání je alternativní metodou ochrany proti znečištění.
Ultrazvukové míchání pro ochranu proti znečištění využívá vysokofrekvenční zvukové vlny s vysokou intenzitou v kapalině k usnadnění nebo zlepšení odstraňování nečistot z povrchů ponořených v ultrazvukem aktivované kapalině. Ultrazvukové čištění povrchu elektrod je technologie, která je jedinečná ve své schopnosti odstraňovat nečistoty z povrchů elektrod. Technologie ultrazvukového čištění je schopna proniknout a vyčistit jakýkoli navlhčený povrch elektrody, včetně slepých otvorů, závitů, obrysů povrchu.
Požadavky na zlepšenou čistotu povrchu elektrod vedly k vývoji technologie ultrazvukového míchání. Dnes je možné míchat elektrody mechanicky ultrazvukovou frekvencí nebo míchat kapalinu v blízkosti elektrody pro nepřímé čištění povrchu elektrod.
Nepřímý povrch elektrody proti znečištění
Při nepřímém antifoulingu povrchů elektrod je ultrazvuková energie dodávána kapalině v blízkosti elektrody. Tato kapalina adsorbuje ultrazvukovou energii a přenáší zlomek této energie na povrch elektrody, kde výsledná ultrazvuková kavitace odstraňuje zanášecí vrstvy. Obecně platí, že tato nepřímá metoda je ve své podstatě "přímá viditelnost"; To znamená, že aby byl účinný, musí být přímý přístup ke kontaminovanému povrchu.
Zanášení elektrod popisuje pasivaci povrchu elektrody zanášecím činidlem, které na elektrodě vytváří stále nepropustnější vrstvu. Znečišťující činidlo je často vedlejším produktem elektrochemické reakce.
Přímá ochrana proti znečištění povrchu elektrody
Hielscher Ultrasonics nabízí jedinečný ultrazvukový design pro přímé míchání elektrod. V tomto provedení jsou ultrazvukové vibrace spojeny přímo s elektrodou. Proto je ultrazvuková energie dodávána na smáčený povrch elektrody, kde povrchové zrychlení a kolabující kavitační bubliny v kontaktu s povrchem zajišťují vysokotlaký proud tekutiny proti povrchu. Ultrazvukové tryskání je dobrá metoda, jak se vyhnout a odstranit zanášecí vrstvy.
Fakta, která stojí za to vědět
Mezi další možné účinky ultrazvukového míchání na elektrochemický systém patří:
- zlepšit hydrodynamiku a transport hmoty;
- ovlivňovat koncentrační gradienty a přepínání kinetických režimů s vlivem na mechanismus a reakční produkty;
- sonochemická aktivace reakcí meziproduktů, které byly generovány elektrochemicky; a
- Sonochemická produkce látek, které reagují elektrochemicky v podmínkách, kde tichý systém není elektrochemicky aktivní.
Typy zanášení elektrod
Zanášení v důsledku hydrofilních interakcí bývá reverzibilnější než zanášení v důsledku hydrofobních interakcí. Elektrody s hydrofobnějšími povrchy, jako jsou elektrody na bázi uhlíku, mohou podporovat zanášení s hydrofobními složkami, jako jsou aromatické sloučeniny, nasycené nebo alifatické sloučeniny nebo proteiny. Biologické makromolekuly, jako jsou proteiny a další biologické materiály, buňky, buněčné fragmenty nebo DNA/RNA, mohou také způsobit znečištění povrchu elektrod.