Ratkaisu elektrodin pinnan likaantumiseen

Elektrodin pinnan likaantuminen on vakava ongelma monissa sähkökemiallisissa tuotantoprosesseissa ja sähkökemiallisissa antureissa. Elektrodin likaantuminen voi vaikuttaa sähkökemiallisen kennon suorituskykyyn ja energiatehokkuuteen. Ultrasonication on tehokas keino välttää ja poistaa elektrodin likaantuminen.

Elektrodin likaantuminen vähentää elektrolyytin fyysistä kosketusta elektrodin kanssa elektronin siirtämiseksi ja siten se vähentää sähkökemiallista reaktionopeutta. Usein likaantumisaine tarttuu tiettyihin elektrodin pinnan rakenteellisiin piirteisiin likaantumisaineen ja elektrodin pinnan välisten hydrofiilisten, hydrofobisten tai sähköstaattisten vuorovaikutusten seurauksena.

Antifouling-menetelmiin kuuluvat pinnan muokkaus tai pinnoitus polymeereillä tai hiilipohjaisilla materiaaleilla, kuten hiilinanoputkilla tai grafeenilla, niiden suuren pinta-alan, sähkökatalyyttisten ominaisuuksien ja likaantumiskestävyyden vuoksi. Vaihtoehtoisesti metallisilla nanohiukkasilla voi olla kiinnittymisenesto-ominaisuuksia yhdistettynä sähkökatalyyttisiin ominaisuuksiin ja korkeaan sähkönjohtavuuteen.

Ultraäänimekaaninen sekoitus on vaihtoehtoinen antifouling-menetelmä.

Antifoulingin ultraääniagitaatiossa käytetään korkeataajuisia, korkean intensiteetin ääniaaltoja nesteessä likaantumisaineiden poistamisen helpottamiseksi tai parantamiseksi ultraäänellä aktivoituun nesteeseen upotetuilta pinnoilta. Ultraäänielektrodin pinnan puhdistus on ainutlaatuinen tekniikka, joka kykenee poistamaan likaantumisaineet elektrodipinnoilta. Ultraäänipuhdistustekniikka pystyy tunkeutumaan ja puhdistamaan kostutetun elektrodin pinnan, mukaan lukien sokeat reiät, kierteet, pinnan ääriviivat.
Vaatimukset elektrodin pinnan puhtauden parantamisesta ovat johtaneet ultraääniagitaatiotekniikan kehittämiseen. Nykyään on mahdollista sekoittaa elektrodeja mekaanisesti ultraäänitaajuudella tai sekoittaa elektrodin lähellä olevaa nestettä epäsuoraan elektrodin pinnan puhdistukseen.

Epäsuora elektrodin pinnan kiinnittymisenesto

Elektrodipintojen epäsuorassa likaantumisenestossa ultraääniteho syötetään elektrodin lähellä olevaan nesteeseen. Tämä neste absorboi ultraäänitehon ja siirtää osan tästä tehosta elektrodin pinnalle, jossa syntyvä ultraäänikavitaatio poistaa likaantumiskerrokset. Yleensä tämä epäsuora menetelmä on “näköyhteys” eli saastuneelle pinnalle on oltava suora pääsy, jotta se olisi tehokasta.

Suora elektrodin pinnan kiinnittymisenesto

Hielscher Ultrasonics tarjoaa ainutlaatuisen ultraäänisuunnittelun elektrodien sekoittamiseksi suoraan. Tässä mallissa ultraäänivärähtelyt kytketään suoraan elektrodiin. Siksi ultraääniteho toimitetaan kostutetulle elektrodin pinnalle, jossa pinnan kiihtyvyys ja romahtavat kavitaatiokuplat, jotka ovat kosketuksissa pinnan kanssa, tarjoavat korkeapaineisen nestesuihkun pintaa vasten. Ultraäänisuihkutus on hyvä tapa välttää ja poistaa likaantumiskerrokset.

Faktoja, jotka kannattaa tietää

Muita ultraääniagitaation mahdollisia vaikutuksia sähkökemialliseen järjestelmään ovat:

1. parantaa hydrodynamiikkaa ja joukkoliikennettä;
2. vaikuttaa pitoisuusgradientteihin ja kineettisten järjestelmien vaihtamiseen vaikuttaen mekanismiin ja reaktiotuotteisiin;
3. sähkökemiallisesti tuotettujen välilajien reaktioiden sonokemiallinen aktivointi; ja
4. sellaisten lajien sonokemiallinen tuotanto, jotka reagoivat sähkökemiallisesti olosuhteissa, joissa hiljainen järjestelmä ei ole sähkökemiallisesti aktiivinen.

Elektrodin likaantumisen tyypit

Hydrofiilisistä vuorovaikutuksista johtuva likaantuminen on yleensä palautuvampaa kuin hydrofobisista vuorovaikutuksista johtuva likaantuminen. Elektrodit, joilla on hydrofobisempi pinta, kuten hiilipohjaiset elektrodit, voivat edistää likaantumista, jolla on hydrofobisia komponentteja, kuten aromaattisia yhdisteitä, tyydyttyneitä tai alifaattisia yhdisteitä tai proteiineja. Myös biologiset makromolekyylit, kuten proteiinit ja muut biologiset materiaalit, solut, solufragmentit tai DNA/RNA voivat aiheuttaa elektrodin pinnan likaantumista.