La solución al ensuciamiento de la superficie del electrodo

El ensuciamiento de la superficie de los electrodos es un grave problema 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 ultrasonicación 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 tanto, reduce la velocidad de reacción electroquímica. A menudo, el agente incrustante se adhiere a determinadas características estructurales de la superficie del electrodo como resultado de interacciones hidrofílicas, hidrofóbicas o electrostáticas entre el agente incrustante y la superficie del electrodo.

Los métodos antiincrustantes incluyen la modificación de la superficie o el recubrimiento con polímeros o materiales a base de carbono, como los nanotubos de carbono o el grafeno, debido a su gran superficie, sus propiedades electrocatalíticas y su resistencia a las incrustaciones. Alternativamente, las nanopartículas metálicas pueden tener propiedades antiincrustantes combinadas con propiedades electrocatalíticas y alta conductividad eléctrica.

La agitación mecánica por ultrasonidos 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 superficies de electrodos es una tecnología única por su capacidad para eliminar los agentes incrustantes de las superficies de los electrodos. La tecnología de limpieza por ultrasonidos es capaz de penetrar y limpiar cualquier superficie húmeda del electrodo, incluidos los orificios ciegos, las roscas y los contornos de la superficie.
La demanda de una mayor limpieza de la superficie de los electrodos ha impulsado el desarrollo de la tecnología de agitación por ultrasonidos. Hoy en día es posible agitar electrodos mecánicamente a frecuencia ultrasónica o agitar el líquido cerca del electrodo para una limpieza indirecta de la superficie del electrodo.

Antifouling indirecto de la superficie del electrodo

En el antiincrustante indirecto de superficies de electrodos, la potencia ultrasónica se transmite al líquido cercano al electrodo. Este líquido absorbe la potencia ultrasónica y transmite una fracción de esta potencia a la superficie del electrodo, donde la cavitación ultrasónica resultante elimina las capas de suciedad. En general, este método indirecto es de naturaleza "line of sight", es decir, debe haber acceso directo a la superficie contaminada para que sea eficaz.

Generador y transductor de ultrasonidos con sonda ultrasónica aislada eléctricamente como sonoelectrodo

Electrodo ultrasónico (cátodo) para su aplicación en sonoelectroquímica

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

Antifouling directo de la superficie del electrodo

Hielscher Ultrasonics ofrece un diseño ultrasónico único para agitar electrodos directamente. En este diseño, las vibraciones ultrasónicas se acoplan directamente en el electrodo. Por lo tanto, la potencia ultrasónica se suministra a la superficie humedecida 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 a 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 son:

  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 sobre el mecanismo y los productos de reacción;
  3. activación sonoquímica de reacciones de especies intermedias que se han generado electroquímicamente; y
  4. producción sonoquímica de especies que reaccionan electroquímicamente en condiciones en las que el sistema silencioso no es electroquímicamente activo.

Tipos de suciedad en los electrodos

El ensuciamiento resultante de interacciones hidrofílicas tiende a ser más reversible que el ensuciamiento resultante de interacciones hidrofóbicas. Los electrodos con superficies más hidrófobas, como los electrodos basados en carbono, pueden favorecer el ensuciamiento al poseer componentes hidrófobos, como compuestos aromáticos, compuestos saturados o alifáticos, o proteínas. Las macromoléculas biológicas, como las proteínas y otros materiales biológicos, las células, los fragmentos celulares o el ADN/ARN también pueden provocar incrustaciones en la superficie del electrodo.

Cátodo y/o ánodo ultrasónico en configuración de lotes

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