הפתרון לאילוח פני השטח של אלקטרודות

אילוח פני השטח של אלקטרודות הוא בעיה חמורה בתהליכי ייצור אלקטרוכימיים רבים ובחיישנים אלקטרוכימיים. אילוח אלקטרודות עלול להשפיע על הביצועים ועל היעילות האנרגטית של תא אלקטרוכימי. סוניקציה היא אמצעי יעיל למניעה ולהסרה של אילוח אלקטרודות.

אילוח אלקטרודות מצמצם את המגע הפיזי בין האלקטרוליט לאלקטרודה לצורך העברת אלקטרונים, ובכך מפחית את מהירות התגובה האלקטרוכימית. לעיתים קרובות, הגורם המאלח נצמד למאפיינים מבניים מסוימים על פני האלקטרודה כתוצאה מאינטראקציות הידרופיליות, הידרופוביות או אלקטרוסטטיות בין הגורם המאלח לבין פני האלקטרודה.

שיטות למניעת אילוח כוללות שינוי של פני השטח או ציפוי בפולימרים או בחומרים מבוססי פחמן, כגון ננו־צינוריות פחמן או גרפן, בזכות שטח הפנים הגדול שלהם, תכונותיהם האלקטרוקטליטיות ועמידותם לאילוח. לחלופין, ננו־חלקיקים מתכתיים עשויים להיות בעלי תכונות המונעות אילוח בשילוב תכונות אלקטרוקטליטיות ומוליכות חשמלית גבוהה.

הרעדה מכנית אולטרסונית היא שיטה חלופית למניעת אילוח.

ערבול אולטרסוני למניעת אילוח משתמש בגלי קול בתדר גבוה ובעוצמה גבוהה בתוך נוזל כדי להקל על הסרת גורמים מאלחים מפני שטח הטבולים בנוזל המופעל באמצעות אולטרסאונד, או לשפר את הסרתם. ניקוי אולטרסוני של פני השטח של אלקטרודות הוא טכנולוגיה ייחודית ביכולתה להסיר גורמים מאלחים מפני השטח של אלקטרודות. טכנולוגיית הניקוי האולטרסוני מסוגלת לחדור אל כל פני שטח של אלקטרודה הבאים במגע עם נוזל ולנקות אותם, לרבות חורים עיוורים, תבריגים ומתארי פני שטח.
הדרישות לשיפור ניקיון פני השטח של אלקטרודות הניעו את פיתוח טכנולוגיית הערבול האולטרסוני. כיום ניתן להרעיד אלקטרודות באופן מכני בתדר אולטרסוני או לערבל את הנוזל בקרבת האלקטרודה לצורך ניקוי עקיף של פני האלקטרודה.

מניעה עקיפה של אילוח פני השטח של אלקטרודות

במניעה עקיפה של אילוח פני השטח של אלקטרודות, ההספק האולטרסוני מועבר לנוזל שבקרבת האלקטרודה. נוזל זה סופח את ההספק האולטרסוני ומעביר חלק ממנו אל פני האלקטרודה, שם הקוויטציה האולטרסונית הנוצרת מסירה שכבות אילוח. ככלל, שיטה עקיפה זו פועלת על בסיס "קו ראייה"; כלומר, כדי שתהיה יעילה, חייבת להיות גישה ישירה לפני השטח המזוהמים.

מניעה ישירה של אילוח פני השטח של אלקטרודות

Hielscher Ultrasonics מציעה תכנון אולטרסוני ייחודי להרעדה ישירה של אלקטרודות. בתכנון זה, התנודות האולטרסוניות מצומדות ישירות לאלקטרודה. לכן ההספק האולטרסוני מועבר אל פני האלקטרודה הבאים במגע עם הנוזל, שם תאוצת פני השטח ובועות הקוויטציה הקורסות במגע עם פני השטח יוצרות סילון נוזל בלחץ גבוה המופנה אל פני השטח. יצירת סילון אולטרסוני היא שיטה טובה למניעה ולהסרה של שכבות אילוח.

עובדות שכדאי לדעת

השפעות אפשריות נוספות של ערבול אולטרסוני על מערכת אלקטרוכימית כוללות:

1. שיפור ההידרודינמיקה ומעבר המסה;
2. השפעה על מפלי ריכוזים ועל מעבר בין משטרים קינטיים, תוך השפעה על המנגנון ועל תוצרי התגובה;
3. הפעלה סונוכימית של תגובות של צורוני ביניים שנוצרו באופן אלקטרוכימי; וכן
4. ייצור סונוכימי של צורונים המגיבים באופן אלקטרוכימי בתנאים שבהם המערכת ללא אולטרסאונד אינה פעילה מבחינה אלקטרוכימית.

סוגי אילוח אלקטרודות

אילוח הנובע מאינטראקציות הידרופיליות נוטה להיות הפיך יותר מאילוח הנובע מאינטראקציות הידרופוביות. אלקטרודות שפני השטח שלהן הידרופוביים יותר, כגון אלקטרודות מבוססות פחמן, עשויות לעודד אילוח המכיל רכיבים הידרופוביים, כגון תרכובות ארומטיות, תרכובות רוויות או אליפטיות, או חלבונים. מקרומולקולות ביולוגיות, כגון חלבונים וחומרים ביולוגיים אחרים, תאים, שברי תאים או DNA/RNA, עלולים גם הם לגרום לאילוח פני השטח של אלקטרודות.