La solution à l’encrassement de la surface des électrodes

L’encrassement de la surface des électrodes est un problème sérieux dans de nombreux procédés de production électrochimiques et dans les capteurs électrochimiques. L’encrassement des électrodes peut affecter les performances et l’efficacité énergétique d’une cellule électrochimique. L’ultrasonication est un moyen efficace d’éviter et d’éliminer l’encrassement des électrodes.

L’encrassement des électrodes réduit le contact physique de l’électrolyte avec l’électrode nécessaire au transfert d’électrons et, par conséquent, il réduit la vitesse de la réaction électrochimique. Souvent, l’agent d’encrassement adhère à certaines caractéristiques structurelles de la surface de l’électrode en raison d’interactions hydrophiles, hydrophobes ou électrostatiques entre l’agent d’encrassement et la surface de l’électrode.

Les méthodes antiencrassement comprennent la modification de surface ou le revêtement par des polymères ou des matériaux à base de carbone, tels que les nanotubes de carbone ou le graphène, en raison de leur grande surface spécifique, de leurs propriétés électrocatalytiques et de leur résistance à l’encrassement. Par ailleurs, les nanoparticules métalliques peuvent présenter des propriétés antiencrassement combinées à des propriétés électrocatalytiques et à une conductivité électrique élevée.

L’agitation mécanique par ultrasons est une méthode antiencrassement alternative.

L’agitation ultrasonore antiencrassement utilise des ondes sonores à haute fréquence et de haute intensité dans un liquide pour faciliter ou améliorer l’élimination des agents d’encrassement des surfaces immergées dans un liquide activé par ultrasons. Le nettoyage par ultrasons de la surface des électrodes est une technologie unique par sa capacité à éliminer les agents d’encrassement des surfaces d’électrodes. La technologie de nettoyage par ultrasons est capable de pénétrer et de nettoyer toute surface d’électrode mouillée, y compris les trous borgnes, les filetages et les contours de surface.
Les exigences d’une meilleure propreté de la surface des électrodes ont stimulé le développement de la technologie d’agitation ultrasonore. Aujourd’hui, il est possible d’agiter mécaniquement les électrodes à une fréquence ultrasonore ou d’agiter le liquide à proximité de l’électrode pour un nettoyage indirect de la surface de l’électrode.

Antiencrassement indirect de la surface des électrodes

Dans l’antiencrassement indirect des surfaces d’électrodes, la puissance ultrasonore est transmise au liquide à proximité de l’électrode. Ce liquide adsorbe la puissance ultrasonore et en transmet une fraction à la surface de l’électrode, où la cavitation ultrasonore qui en résulte élimine les couches d’encrassement. En général, cette méthode indirecte fonctionne par nature « en ligne de visée » ; c’est-à-dire qu’un accès direct à la surface contaminée est nécessaire pour qu’elle soit efficace.

Antiencrassement direct de la surface des électrodes

Hielscher Ultrasonics propose une conception ultrasonore unique permettant d’agiter directement les électrodes. Dans cette conception, les vibrations ultrasonores sont couplées directement dans l’électrode. Par conséquent, la puissance ultrasonore est transmise à la surface mouillée de l’électrode, où l’accélération de surface et les bulles de cavitation qui implosent au contact d’une surface produisent un jet de fluide à haute pression contre la surface. Le jet ultrasonore est une bonne méthode pour éviter et éliminer les couches d’encrassement.

Bon à savoir

Parmi les autres effets possibles de l’agitation ultrasonore sur un système électrochimique, on peut citer :

1. améliorer l’hydrodynamique et le transport de masse ;
2. influer sur les gradients de concentration et le basculement des régimes cinétiques, avec un effet sur le mécanisme et les produits de réaction ;
3. activation sonochimique des réactions d’espèces intermédiaires générées électrochimiquement ; et
4. production sonochimique d’espèces qui réagissent électrochimiquement dans des conditions où le système silencieux n’est pas électrochimiquement actif.

Types d’encrassement des électrodes

L’encrassement résultant d’interactions hydrophiles tend à être plus réversible que l’encrassement résultant d’interactions hydrophobes. Les électrodes aux surfaces plus hydrophobes, telles que les électrodes à base de carbone, peuvent favoriser un encrassement comportant des composants hydrophobes, tels que des composés aromatiques, des composés saturés ou aliphatiques, ou des protéines. Les macromolécules biologiques, telles que les protéines, ainsi que d’autres matériaux biologiques, les cellules, les fragments cellulaires ou l’ADN/ARN peuvent également provoquer l’encrassement de la surface des électrodes.