Rješenje za onečišćenje površine elektrode

Onečišćenje površine elektrode ozbiljan je problem u mnogim elektrokemijskim proizvodnim procesima i u elektrokemijskim senzorima. Onečišćenje elektrode može utjecati na radne značajke i energetsku učinkovitost elektrokemijske ćelije. Sonikacija je učinkovito sredstvo za sprječavanje i uklanjanje onečišćenja elektrode.

Onečišćenje elektrode smanjuje fizički kontakt elektrolita s elektrodom potreban za prijenos elektrona te stoga smanjuje brzinu elektrokemijske reakcije. Tvar koja uzrokuje onečišćenje često prianja uz određene strukturne značajke na površini elektrode zbog hidrofilnih, hidrofobnih ili elektrostatskih interakcija između te tvari i površine elektrode.

Metode sprječavanja onečišćenja uključuju modifikaciju površine ili nanošenje prevlaka od polimera ili materijala na bazi ugljika, poput ugljikovih nanocijevi ili grafena, zbog njihove velike površine, elektrokatalitičkih svojstava i otpornosti na onečišćenje. Alternativno, metalne nanočestice mogu imati svojstva sprječavanja onečišćenja u kombinaciji s elektrokatalitičkim svojstvima i visokom električnom vodljivošću.

Ultrazvučno mehaničko pobuđivanje alternativna je metoda sprječavanja onečišćenja.

Ultrazvučno pobuđivanje za sprječavanje onečišćenja koristi zvučne valove visoke frekvencije i visokog intenziteta u tekućini kako bi olakšalo ili poboljšalo uklanjanje tvari koje uzrokuju onečišćenje s površina uronjenih u ultrazvučno aktiviranu tekućinu. Ultrazvučno čišćenje površine elektrode tehnologija je jedinstvena po svojoj sposobnosti uklanjanja tvari koje uzrokuju onečišćenje s površina elektroda. Tehnologija ultrazvučnog čišćenja može prodrijeti do svake ovlažene površine elektrode i očistiti je, uključujući slijepe provrte, navoje i konture površine.
Zahtjevi za poboljšanom čistoćom površine elektrode potaknuli su razvoj tehnologije ultrazvučnog pobuđivanja. Danas je moguće mehanički pobuđivati elektrode na ultrazvučnoj frekvenciji ili pobuđivati tekućinu u blizini elektrode radi neizravnog čišćenja površine elektrode.

Neizravno sprječavanje onečišćenja površine elektrode

Pri neizravnom sprječavanju onečišćenja površina elektroda ultrazvučna se snaga dovodi u tekućinu u blizini elektrode. Ta tekućina adsorbira ultrazvučnu snagu i prenosi dio te snage na površinu elektrode, gdje nastala ultrazvučna kavitacija uklanja slojeve onečišćenja. Općenito, ova neizravna metoda djeluje po načelu „izravne vidljivosti”; odnosno, za njezinu učinkovitost mora postojati izravan pristup onečišćenoj površini.

Izravno sprječavanje onečišćenja površine elektrode

Hielscher Ultrasonics nudi jedinstvenu ultrazvučnu izvedbu za izravno pobuđivanje elektroda. U toj se izvedbi ultrazvučne vibracije prenose izravno u elektrodu. Stoga se ultrazvučna snaga dovodi na ovlaženu površinu elektrode, gdje ubrzanje površine i urušavanje kavitacijskih mjehurića u dodiru s površinom stvaraju mlaz fluida pod visokim tlakom usmjeren prema površini. Stvaranje mlazova ultrazvukom dobra je metoda za sprječavanje i uklanjanje slojeva onečišćenja.

Korisne činjenice

Ostali mogući učinci ultrazvučnog pobuđivanja na elektrokemijski sustav uključuju:

1. poboljšanje hidrodinamike i prijenosa tvari;
2. utjecaj na koncentracijske gradijente i promjenu kinetičkih režima uz učinak na mehanizam i produkte reakcije;
3. sonokemijsku aktivaciju reakcija intermedijarnih vrsta nastalih elektrokemijskim putem; i
4. sonokemijsko stvaranje vrsta koje reagiraju elektrokemijski u uvjetima u kojima sustav bez ultrazvuka nije elektrokemijski aktivan.

Vrste onečišćenja elektrode

Onečišćenje nastalo zbog hidrofilnih interakcija obično je reverzibilnije od onečišćenja nastalog zbog hidrofobnih interakcija. Elektrode s hidrofobnijim površinama, poput elektroda na bazi ugljika, mogu poticati onečišćenje koje sadržava hidrofobne sastavnice, poput aromatskih spojeva, zasićenih ili alifatskih spojeva ili proteina. Biološke makromolekule, poput proteina i drugih bioloških materijala, stanice, stanični fragmenti ili DNA/RNA također mogu uzrokovati onečišćenje površine elektrode.