Řešení zanášení povrchu elektrod

Zanášení povrchu elektrod je závažným problémem v mnoha elektrochemických výrobních procesech a v elektrochemických senzorech. Zanášení elektrod může ovlivnit výkon a energetickou účinnost elektrochemického článku. Sonikace je účinným prostředkem, jak zanášení elektrod zabránit a jak ho odstranit.

Zanášení elektrod snižuje fyzický kontakt elektrolytu s elektrodou potřebný pro přenos elektronů, a tím snižuje rychlost elektrochemické reakce. Zanášející látka často ulpívá na určitých strukturních prvcích povrchu elektrody v důsledku hydrofilních, hydrofobních nebo elektrostatických interakcí mezi zanášející látkou a povrchem elektrody.

Metody ochrany proti zanášení zahrnují povrchovou modifikaci nebo povlakování polymery či materiály na bázi uhlíku, jako jsou uhlíkové nanotrubice nebo grafen, a to díky jejich velkému povrchu, elektrokatalytickým vlastnostem a odolnosti vůči zanášení. Alternativně mohou mít kovové nanočástice vlastnosti bránící zanášení v kombinaci s elektrokatalytickými vlastnostmi a vysokou elektrickou vodivostí.

Ultrazvuková mechanická agitace je alternativní metodou ochrany proti zanášení.

Ultrazvuková agitace pro ochranu proti zanášení využívá vysokofrekvenční zvukové vlny vysoké intenzity v kapalině k usnadnění nebo zlepšení odstraňování zanášejících látek z povrchů ponořených do ultrazvukem aktivované kapaliny. Ultrazvukové čištění povrchu elektrod je technologie jedinečná svou schopností odstraňovat zanášející látky z povrchů elektrod. Technologie ultrazvukového čištění dokáže proniknout ke každému smáčenému povrchu elektrody a vyčistit jej, včetně slepých otvorů, závitů a povrchových kontur.
Požadavky na lepší čistotu povrchu elektrod podnítily vývoj technologie ultrazvukové agitace. Dnes je možné elektrody mechanicky agitovat ultrazvukovou frekvencí nebo agitovat kapalinu v blízkosti elektrody za účelem nepřímého čištění povrchu elektrody.

Nepřímá ochrana povrchu elektrod proti zanášení

Při nepřímé ochraně povrchu elektrod proti zanášení je ultrazvukový výkon přiváděn do kapaliny v blízkosti elektrody. Tato kapalina adsorbuje ultrazvukový výkon a přenáší část tohoto výkonu na povrch elektrody, kde výsledná ultrazvuková kavitace odstraňuje zanášející vrstvy. Obecně je tato nepřímá metoda svou povahou metodou „přímé viditelnosti“; to znamená, že pro její účinnost musí existovat přímý přístup ke kontaminovanému povrchu.

Přímá ochrana povrchu elektrod proti zanášení

Hielscher Ultrasonics nabízí jedinečnou ultrazvukovou konstrukci pro přímou agitaci elektrod. V této konstrukci jsou ultrazvukové vibrace přenášeny přímo do elektrody. Ultrazvukový výkon je proto přiváděn na smáčený povrch elektrody, kde zrychlení povrchu a kolabující kavitační bubliny v kontaktu s povrchem vytvářejí vysokotlaký proud kapaliny směřující proti povrchu. Ultrazvukové tryskání je dobrou metodou, jak zabránit vzniku zanášejících vrstev a jak je odstranit.

Fakta, která stojí za to znát

Mezi další možné účinky ultrazvukové agitace na elektrochemický systém patří:

1. zlepšení hydrodynamiky a přenosu hmoty;
2. ovlivnění koncentračních gradientů a přepínání kinetických režimů s vlivem na mechanismus a reakční produkty;
3. sonochemická aktivace reakcí intermediárních částic, které byly vytvořeny elektrochemicky; a
4. sonochemická tvorba částic, které reagují elektrochemicky za podmínek, kdy systém bez ultrazvuku není elektrochemicky aktivní.

Typy zanášení elektrod

Zanášení vyplývající z hydrofilních interakcí bývá vratnější než zanášení vyplývající z hydrofobních interakcí. Elektrody s hydrofobnějšími povrchy, jako jsou elektrody na bázi uhlíku, mohou podporovat zanášení obsahující hydrofobní složky, jako jsou aromatické sloučeniny, nasycené nebo alifatické sloučeniny či proteiny. Zanášení povrchu elektrod mohou způsobovat také biologické makromolekuly, jako jsou proteiny a další biologické materiály, buňky, fragmenty buněk nebo DNA/RNA.