Lahendus elektroodi pinna määrdumisele

Elektroodi pinna määrdumine on tõsine probleem paljudes elektrokeemilistes tootmisprotsessides ja elektrokeemilistes sensorites. Elektroodi määrdumine võib mõjutada elektrokeemilise elemendi jõudlust ja energiatõhusust. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on tõhus vahend elektroodi määrdumise vältimiseks ja eemaldamiseks.

Elektroodi määrdumine vähendab elektrolüüdi füüsilist kontakti elektroodiga elektronide ülekandeks ja seega aeglustab see elektrokeemilise reaktsiooni kiirust. Sageli kleepub määrdeaine elektroodi pinnal teatud struktuurielementidele määrdeaine ja elektroodi pinna vaheliste hüdrofiilsete, hüdrofoobsete või elektrostaatiliste vastastikmõjude tulemusel.

Määrdumisvastased meetodid hõlmavad pinna modifitseerimist või katmist polümeeride või süsinikupõhiste materjalidega, näiteks süsiniknanotorude või grafeeniga, tänu nende suurele pindalale, elektrokatalüütilistele omadustele ja määrdumiskindlusele. Teise võimalusena võivad metallilised nanoosakesed ühendada määrdumisvastased omadused elektrokatalüütiliste omaduste ja suure elektrijuhtivusega.

Ultraheli mehaaniline segamine on alternatiivne määrdumisvastane meetod.

Ultraheli segamine määrdumise vältimiseks kasutab vedelikus kõrgsageduslikke ja suure intensiivsusega helilaineid, et hõlbustada või tõhustada määrdeainete eemaldamist ultraheliga aktiveeritud vedelikku sukeldatud pindadelt. Ultraheli abil toimuv elektroodi pinna puhastamine on tehnoloogia, mis on määrdeainete eemaldamise võime poolest elektroodi pindadelt ainulaadne. Ultrahelipuhastustehnoloogia suudab tungida igasse märgunud elektroodi pinda ja seda puhastada, sealhulgas pimeauke, keermeid ja pinnakontuure.
Nõudmised elektroodi pinna parema puhtuse järele on ajendanud ultraheli segamistehnoloogia arengut. Tänapäeval on võimalik elektroode mehaaniliselt segada ultrahelisagedusel või segada elektroodi lähedal olevat vedelikku elektroodi pinna kaudseks puhastamiseks.

Elektroodi pinna kaudne määrdumisvastane töötlus

Elektroodi pindade kaudsel määrdumisvastasel töötlusel suunatakse ultraheli võimsus elektroodi lähedal olevasse vedelikku. See vedelik adsorbeerib ultraheli võimsust ja edastab osa sellest võimsusest elektroodi pinnale, kus tekkiv ultraheli kavitatsioon eemaldab määrdekihte. Üldiselt on see kaudne meetod oma olemuselt „otsenähtavusega“; see tähendab, et selle tõhususe tagamiseks peab saastunud pinnale olema otsene ligipääs.

Elektroodi pinna otsene määrdumisvastane töötlus

Hielscher Ultrasonics pakub ainulaadset ultraheli lahendust elektroodide otseseks segamiseks. Selles lahenduses ühendatakse ultraheli vibratsioon otse elektroodiga. Seetõttu suunatakse ultraheli võimsus niiske elektroodi pinnale, kus pinna kiirendus ja pinnaga kokkupuutes kollapseeruvad kavitatsioonimullid tekitavad vedeliku suurrõhustrahli vastu pinda. Ultraheli jugasvool on hea meetod määrdekihtide vältimiseks ja eemaldamiseks.

Väärt teada

Muud ultraheli segamise võimalikud mõjud elektrokeemilisele süsteemile hõlmavad järgmist:

1. hüdrodünaamika ja massiülekande parandamine;
2. kontsentratsioonigradientide ja kineetiliste režiimide ümberlülitumise mõjutamine, mis mõjutab mehhanismi ja reaktsioonisaadusi;
3. elektrokeemiliselt tekkinud vaheühendite reaktsioonide sonokeemiline aktiveerimine; ning
4. sonokeemiline selliste ühendite tootmine, mis reageerivad elektrokeemiliselt tingimustes, kus ultrahelita süsteem ei ole elektrokeemiliselt aktiivne.

Elektroodi määrdumise liigid

Hüdrofiilsetest vastastikmõjudest tulenev määrdumine kipub olema pöörduvam kui hüdrofoobsetest vastastikmõjudest tulenev määrdumine. Hüdrofoobsemate pindadega elektroodid, näiteks süsinikupõhised elektroodid, võivad soodustada hüdrofoobseid komponente sisaldavat määrdumist, näiteks aromaatsed ühendid, küllastunud või alifaatsed ühendid või valgud. Ka bioloogilised makromolekulid, näiteks valgud ja muud bioloogilised materjalid, rakud, rakufragmendid või DNA/RNA, võivad põhjustada elektroodi pinna määrdumist.