Løsningen på belægningsdannelse på elektrodeoverflader

Belægningsdannelse på elektrodeoverflader er et alvorligt problem i mange elektrokemiske produktionsprocesser og i elektrokemiske sensorer. Belægninger på elektroder kan påvirke en elektrokemisk celles ydeevne og energieffektivitet. Sonikering er et effektivt middel til at undgå og fjerne belægninger på elektroder.

Belægninger på elektroder reducerer elektrolyttens fysiske kontakt med elektroden ved elektronoverførsel og reducerer dermed den elektrokemiske reaktionshastighed. Ofte hæfter det belægningsdannende stof sig til bestemte strukturelle træk på elektrodeoverfladen som følge af hydrofile, hydrofobe eller elektrostatiske interaktioner mellem det belægningsdannende stof og elektrodeoverfladen.

Metoder til forebyggelse af belægninger omfatter overflademodifikation eller overfladebelægning med polymerer eller kulstofbaserede materialer, såsom kulstofnanorør eller grafen, på grund af deres store overfladeareal, elektrokatalytiske egenskaber og modstandsdygtighed over for belægningsdannelse. Alternativt kan metalliske nanopartikler have egenskaber, der modvirker belægningsdannelse, kombineret med elektrokatalytiske egenskaber og høj elektrisk ledningsevne.

Mekanisk bevægelse ved hjælp af ultralyd er en alternativ metode til forebyggelse af belægninger.

Ultralydsinduceret bevægelse til forebyggelse af belægninger anvender højfrekvente lydbølger med høj intensitet i en væske til at lette eller forbedre fjernelsen af belægningsdannende stoffer fra overflader, der er nedsænket i en ultralydsaktiveret væske. Rensning af elektrodeoverflader med ultralyd er en teknologi med en unik evne til at fjerne belægningsdannende stoffer fra elektrodeoverflader. Ultralydsrensning kan trænge ind til og rense enhver befugtet elektrodeoverflade, herunder blindhuller, gevind og overfladekonturer.
Krav om renere elektrodeoverflader har drevet udviklingen af teknologi til ultralydsinduceret bevægelse. I dag er det muligt at sætte elektroder i mekanisk bevægelse ved ultralydsfrekvens eller at sætte væsken nær elektroden i bevægelse for at rense elektrodeoverfladen indirekte.

Indirekte forebyggelse af belægninger på elektrodeoverflader

Ved indirekte forebyggelse af belægninger på elektrodeoverflader tilføres ultralydseffekten til væsken nær elektroden. Denne væske adsorberer ultralydseffekten og overfører en del af denne effekt til elektrodeoverfladen, hvor den resulterende ultralydskavitation fjerner belægningslag. Generelt kræver denne indirekte metode en “fri sigtelinje”; det vil sige, at der skal være direkte adgang til den forurenede overflade, for at metoden er effektiv.

Direkte forebyggelse af belægninger på elektrodeoverflader

Hielscher Ultrasonics tilbyder et unikt ultralydsdesign til at sætte elektroder direkte i bevægelse. I dette design kobles ultralydsvibrationerne direkte ind i elektroden. Ultralydseffekten tilføres derfor til den befugtede elektrodeoverflade, hvor overfladens acceleration og kollapsende kavitationsbobler i kontakt med en overflade frembringer en væskestråle med højt tryk mod overfladen. Ultralydsinduceret stråledannelse er en god metode til at undgå og fjerne belægningslag.

Værd at vide

Andre mulige virkninger af ultralydsinduceret bevægelse på et elektrokemisk system omfatter:

1. forbedring af hydrodynamik og massetransport;
2. påvirkning af koncentrationsgradienter og skift mellem kinetiske regimer med indvirkning på mekanismen og reaktionsprodukterne;
3. sonokemisk aktivering af reaktioner med intermediære kemiske species, der er dannet elektrokemisk; og
4. sonokemisk dannelse af kemiske species, der reagerer elektrokemisk under betingelser, hvor systemet uden ultralyd ikke er elektrokemisk aktivt.

Typer af belægningsdannelse på elektroder

Belægningsdannelse som følge af hydrofile interaktioner har tendens til at være mere reversibel end belægningsdannelse som følge af hydrofobe interaktioner. Elektroder med mere hydrofobe overflader, såsom kulstofbaserede elektroder, kan fremme dannelsen af belægninger med hydrofobe komponenter, såsom aromatiske forbindelser, mættede eller alifatiske forbindelser eller proteiner. Biologiske makromolekyler, såsom proteiner og andre biologiske materialer, celler, cellefragmenter eller DNA/RNA, kan også forårsage belægningsdannelse på elektrodeoverflader.