La solution à l'encrassement de la surface des électrodes

L'encrassement de la surface des électrodes est un problème sérieux dans de nombreux processus de production électrochimique 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 pour le transfert d'électrons et réduit donc 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 antisalissures comprennent la modification de la surface ou le revêtement avec des polymères ou des matériaux à base de carbone, tels que les nanotubes de carbone ou le graphène, en raison de leur grande surface, de leurs propriétés électro-catalytiques et de leur résistance à l'encrassement. Par ailleurs, les nanoparticules métalliques peuvent avoir des propriétés antisalissures combinées à des propriétés électro-catalytiques et à une conductivité électrique élevée.

L'agitation mécanique par ultrasons est une méthode alternative d'antifouling.

L'agitation ultrasonique pour l'antisalissure utilise des ondes sonores à haute fréquence et à 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 ultrasonique des surfaces d'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.
La demande d'amélioration de la propreté de la surface des électrodes a conduit au développement de la technologie d'agitation ultrasonique. Aujourd'hui, il est possible d'agiter les électrodes mécaniquement à une fréquence ultrasonique ou d'agiter le liquide à proximité de l'électrode pour un nettoyage indirect de la surface de l'électrode.

Antifouling de la surface de l'électrode indirecte

Dans l'antifouling indirect des surfaces d'électrodes, la puissance ultrasonique est délivrée au liquide proche de l'électrode. Ce liquide adsorbe la puissance ultrasonique et transmet une fraction de cette puissance à la surface de l'électrode, où la cavitation ultrasonique qui en résulte élimine les couches d'encrassement. En général, cette méthode indirecte est de nature "linéaire", c'est-à-dire qu'il doit y avoir un accès direct à la surface contaminée pour qu'elle soit efficace.

Antifouling de surface à électrode directe

Hielscher Ultrasonics propose une conception unique d'ultrasons pour agiter directement les électrodes. Dans cette conception, les vibrations ultrasoniques sont couplées directement à l'électrode. La puissance ultrasonique est donc délivrée à la surface mouillée de l'électrode, où l'accélération de la surface et l'effondrement des bulles de cavitation en contact avec une surface produisent un jet de fluide à haute pression contre la surface. Le jet ultrasonique est une bonne méthode pour éviter et éliminer les couches d'encrassement.

Qu'il faut savoir

Les autres effets possibles de l'agitation ultrasonique sur un système électrochimique sont les suivants :

1. améliorer l'hydrodynamique et le transport de masse ;
2. affectent les gradients de concentration et la commutation des régimes cinétiques avec un effet sur le mécanisme et les produits de la réaction ;
3. l'activation sonochimique de réactions d'espèces intermédiaires générées par voie électrochimique ; et
4. la 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 ayant des surfaces plus hydrophobes, telles que les électrodes à base de carbone, peuvent favoriser l'encrassement par des composants hydrophobes, tels que des composés aromatiques, des composés saturés ou aliphatiques, ou des protéines. Les macromolécules biologiques, telles que les protéines et autres matériaux biologiques, les cellules, les fragments de cellules ou l'ADN/ARN peuvent également provoquer un encrassement de la surface des électrodes.