La solución al ensuciamiento de la superficie de los electrodos

El ensuciamiento de la superficie de los electrodos es un problema grave 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 celda electroquímica. La sonicación es un medio eficaz para evitar y eliminar el ensuciamiento de los electrodos.

El ensuciamiento de los electrodos reduce el contacto físico entre el electrolito y el electrodo necesario para la transferencia de electrones y, por tanto, disminuye la velocidad de la reacción electroquímica. A menudo, el agente causante del ensuciamiento se adhiere a determinados elementos estructurales de la superficie del electrodo como resultado de interacciones hidrófilas, hidrófobas o electrostáticas entre dicho agente y la superficie del electrodo.

Los métodos para prevenir el ensuciamiento incluyen la modificación de la superficie o su recubrimiento con polímeros o materiales a base de carbono, como nanotubos de carbono o grafeno, debido a su gran superficie, sus propiedades electrocatalíticas y su resistencia al ensuciamiento. Como alternativa, las nanopartículas metálicas pueden presentar propiedades que previenen el ensuciamiento, combinadas con propiedades electrocatalíticas y una elevada conductividad eléctrica.

La agitación mecánica ultrasónica es un método alternativo para prevenir el ensuciamiento.

La agitación ultrasónica para prevenir el ensuciamiento utiliza ondas sonoras de alta frecuencia y alta intensidad en un líquido para facilitar o mejorar la eliminación de los agentes causantes del ensuciamiento de las superficies sumergidas en un líquido activado por ultrasonidos. La limpieza ultrasónica de la superficie de los electrodos es una tecnología única por su capacidad para eliminar los agentes causantes del ensuciamiento de dichas superficies. La tecnología de limpieza ultrasónica puede penetrar y limpiar cualquier superficie mojada del electrodo, incluidos los orificios ciegos, las roscas y los contornos de la superficie.
La necesidad de mejorar la limpieza de la superficie de los electrodos ha impulsado el desarrollo de la tecnología de agitación ultrasónica. Hoy es posible agitar mecánicamente los electrodos a frecuencia ultrasónica o agitar el líquido próximo al electrodo para limpiar indirectamente su superficie.

Prevención indirecta del ensuciamiento de la superficie de los electrodos

En la prevención indirecta del ensuciamiento de la superficie de los electrodos, la potencia ultrasónica se suministra al líquido próximo al electrodo. Este líquido adsorbe la potencia ultrasónica y transmite una fracción de esta potencia a la superficie del electrodo, donde la cavitación ultrasónica resultante elimina las capas de ensuciamiento. En general, este método indirecto requiere una «línea de visión»; es decir, debe existir un acceso directo a la superficie contaminada para que sea eficaz.

Prevención directa del ensuciamiento de la superficie de los electrodos

Hielscher Ultrasonics ofrece un diseño ultrasónico único para agitar los electrodos directamente. En este diseño, las vibraciones ultrasónicas se acoplan directamente al electrodo. Por tanto, la potencia ultrasónica se suministra a la superficie mojada del electrodo, donde la aceleración de la superficie y el colapso de las burbujas de cavitación en contacto con ella generan un chorro de fluido a alta presión contra la superficie. La generación de chorros por ultrasonidos es un buen método para evitar y eliminar las capas de ensuciamiento.

Información de interés

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

1. mejorar la hidrodinámica y el transporte de masa;
2. afectar a los gradientes de concentración y a los cambios entre regímenes cinéticos, con efectos sobre el mecanismo y los productos de reacción;
3. la activación sonoquímica de reacciones de especies intermedias generadas electroquímicamente; y
4. la producción sonoquímica de especies que reaccionan electroquímicamente en condiciones en las que el sistema sin sonicación no es electroquímicamente activo.

Tipos de ensuciamiento de los electrodos

El ensuciamiento resultante de interacciones hidrófilas tiende a ser más reversible que el resultante de interacciones hidrófobas. Los electrodos con superficies más hidrófobas, como los electrodos a base de carbono, pueden favorecer el ensuciamiento por componentes hidrófobos, como compuestos aromáticos, compuestos saturados o alifáticos, o proteínas. Las macromoléculas biológicas, como las proteínas, y otros materiales biológicos, células, fragmentos celulares o DNA/RNA también pueden causar ensuciamiento de la superficie de los electrodos.