Tecnología de ultrasonido de Hielscher

La solución al ensuciamiento de la superficie de los electrodos

El ensuciamiento de la superficie de los electrodos es un problema serio en muchos procesos de producción electroquímica y en los sensores electroquímicos. El ensuciamiento de los electrodos puede afectar al rendimiento y a la eficiencia energética de una célula electroquímica. La ultrasonificación es un medio eficaz para evitar y eliminar el ensuciamiento de los electrodos.

El ensuciamiento del electrodo reduce el contacto físico del electrolito con el electrodo para la transferencia de electrones y por lo tanto reduce la velocidad de reacción electroquímica. A menudo el agente incrustante se adhiere a ciertas características estructurales de la superficie del electrodo como resultado de interacciones hidrófilas, hidrofóbicas o electrostáticas entre el agente incrustante y la superficie del electrodo.

Los métodos de antifouling incluyen la modificación de la superficie o el recubrimiento con polímeros o materiales basados en el carbono, como los nanotubos de carbono o el grafeno, debido a su gran área de superficie, propiedades electro-catalíticas, y resistencia al fouling. Alternativamente, las nanopartículas metálicas pueden tener propiedades anti-incrustantes combinadas con propiedades electro-catalíticas y alta conductividad eléctrica.

La agitación mecánica ultrasónica es un método antiincrustante alternativo.

La agitación ultrasónica para antiincrustantes utiliza ondas sonoras de alta frecuencia e intensidad en un líquido para facilitar o mejorar la eliminación de los agentes incrustantes de las superficies sumergidas en un líquido activado por ultrasonidos. La limpieza ultrasónica de la superficie de los electrodos es una tecnología única en su capacidad de remover los agentes incrustantes de las superficies de los electrodos. La tecnología de limpieza ultrasónica es capaz de penetrar y limpiar cualquier superficie de electrodos mojada, incluyendo agujeros ciegos, hilos, contornos de la superficie.
La demanda de una mejor limpieza de la superficie de los electrodos ha impulsado el desarrollo de la tecnología de agitación ultrasónica. Hoy en día es posible agitar los electrodos mecánicamente a la frecuencia de los ultrasonidos o agitar el líquido cerca del electrodo para la limpieza indirecta de la superficie de los electrodos.

Antifouling de superficie de electrodos indirectos

En el antiincrustante indirecto de las superficies de los electrodos, la energía ultrasónica se entrega al líquido cercano al electrodo. Este líquido absorbe la energía ultrasónica y transmite una fracción de esta energía a la superficie del electrodo, donde la cavitación ultrasónica resultante elimina las capas de incrustaciones. En general, este método indirecto es de naturaleza "en línea de visión"; es decir, debe haber un acceso directo a la superficie contaminada para que sea efectivo.

Ultrasonic generator and transducer with electrically isolated ultrasonic probe as sono-electrode

Electrodo ultrasónico (cátodo) para aplicación en la electroquímica de ultrasonidos

Definición: Incrustación de electrodos
El ensuciamiento de los electrodos describe la pasivación de la superficie de un electrodo por un agente ensuciador que forma una capa cada vez más impermeable en el electrodo. A menudo, el agente incrustante es un subproducto de la reacción electroquímica.

Antifouling de superficie de electrodos directos

Hielscher Ultrasonics ofrece un diseño ultrasónico único para agitar los electrodos directamente. En este diseño, las vibraciones ultrasónicas se acoplan directamente al electrodo. Por lo tanto, la energía ultrasónica se entrega a la superficie mojada del electrodo, donde la aceleración de la superficie y el colapso de las burbujas de cavitación en contacto con una superficie proporcionan un chorro de fluido de alta presión contra la superficie. El chorro ultrasónico es un buen método para evitar y eliminar las capas de suciedad.

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Información interesante

Otros posibles efectos de la agitación ultrasónica sobre un sistema electroquímico incluyen:

  1. mejorar la hidrodinámica y el transporte de masas;
  2. afectan a los gradientes de concentración y a la conmutación de los regímenes cinéticos con efecto en los productos de mecanismo y reacción;
  3. activación sonoquímica de las reacciones de las especies intermedias que han sido generadas electroquímicamente; y
  4. producción sonoquímica de especies que reaccionan electroquímicamente en condiciones en las que el sistema silencioso no es electroquímicamente activo.

Tipos de incrustaciones de electrodos

El ensuciamiento resultante de las interacciones hidrófilas tiende a ser más reversible que el resultante de las interacciones hidrofóbicas. Los electrodos con superficies más hidrofóbicas, como los electrodos basados en carbono pueden promover el fouling que posee componentes hidrofóbicos, como compuestos aromáticos, compuestos saturados o alifáticos, o proteínas. Las macromoléculas biológicas, como las proteínas y otros materiales biológicos, células, fragmentos de células, o ADN/ARN pueden causar también el fouling de la superficie de los electrodos.

Ultrasonic Cathode and/or Anode in Batch Setup

Cátodo ultrasónico de alta potencia de 2000 vatios y/o ánodo en la configuración de lotes