Megoldás az elektródfelület elszennyeződésére

Az elektródfelület elszennyeződése számos elektrokémiai gyártási folyamatban és az elektrokémiai érzékelőkben is komoly problémát jelent. Az elektród elszennyeződése befolyásolhatja az elektrokémiai cella teljesítményét és energiahatékonyságát. Az ultrahangos kezelés hatékony módszer az elektród elszennyeződésének megelőzésére és megszüntetésére.

Az elektród elszennyeződése csökkenti az elektrolit és az elektród közötti, elektronátadáshoz szükséges fizikai érintkezést, és ezáltal csökkenti az elektrokémiai reakció sebességét. A szennyező anyag gyakran az elektródfelület bizonyos szerkezeti elemeihez tapad a szennyező anyag és az elektródfelület közötti hidrofil, hidrofób vagy elektrosztatikus kölcsönhatások következtében.

Az elszennyeződést megelőző módszerek közé tartozik a felület módosítása vagy bevonása polimerekkel vagy szénalapú anyagokkal, például szén nanocsövekkel vagy grafénnel, ezek nagy felülete, elektrokatalitikus tulajdonságai és elszennyeződéssel szembeni ellenállása miatt. Alternatívaként a fém nanorészecskék elszennyeződést gátló tulajdonságokkal rendelkezhetnek, elektrokatalitikus tulajdonságokkal és nagy elektromos vezetőképességgel párosulva.

Az ultrahangos mechanikai rezgetés az elszennyeződés megelőzésének alternatív módszere.

Az elszennyeződést megelőző ultrahangos rezgetés nagy frekvenciájú, nagy intenzitású hanghullámokat alkalmaz egy folyadékban, hogy megkönnyítse vagy fokozza a szennyező anyagok eltávolítását az ultrahanggal aktivált folyadékba merített felületekről. Az elektródfelület ultrahangos tisztítása olyan technológia, amely egyedülállóan képes eltávolítani a szennyező anyagokat az elektródfelületekről. Az ultrahangos tisztítási technológia bármely nedvesített elektródfelületre képes behatolni és azt megtisztítani, beleértve a zsákfuratokat, meneteket és felületi kontúrokat is.
Az elektródfelület nagyobb tisztasága iránti igény ösztönözte az ultrahangos rezgetési technológia fejlesztését. Ma már lehetséges az elektródok mechanikai rezgetése ultrahangos frekvencián, illetve az elektród közelében lévő folyadék rezgetése az elektródfelület közvetett tisztítása érdekében.

Az elektródfelület elszennyeződésének közvetett megelőzése

Az elektródfelületek elszennyeződésének közvetett megelőzése során az ultrahangos teljesítményt az elektród közelében lévő folyadékba juttatják. Ez a folyadék adszorbeálja az ultrahangos teljesítményt, és e teljesítmény egy részét továbbítja az elektródfelületre, ahol az így létrejövő ultrahangos kavitáció eltávolítja a szennyeződésrétegeket. Ez a közvetett módszer általában „közvetlen rálátást” igényel; vagyis a hatékonyságához közvetlen hozzáférésnek kell lennie a szennyezett felülethez.

Az elektródfelület elszennyeződésének közvetlen megelőzése

A Hielscher Ultrasonics egyedülálló ultrahangos kialakítást kínál az elektródok közvetlen rezgetésére. Ebben a kialakításban az ultrahangos rezgéseket közvetlenül az elektródba csatolják. Így az ultrahangos teljesítmény a nedvesített elektródfelületre jut, ahol a felület gyorsulása és a felülettel érintkező, összeomló kavitációs buborékok nagy nyomású folyadéksugarat hoznak létre, amely a felületnek ütközik. Az ultrahangos folyadéksugár-képződés jó módszer a szennyeződésrétegek kialakulásának megelőzésére és eltávolítására.

Hasznos tudnivalók

Az ultrahangos rezgetés elektrokémiai rendszerre gyakorolt további lehetséges hatásai közé tartoznak:

1. a hidrodinamikai viszonyok és az anyagtranszport javítása;
2. a koncentrációgradiensek és a kinetikai rezsimek közötti váltás befolyásolása, ami hatással van a mechanizmusra és a reakciótermékekre;
3. az elektrokémiai úton keletkezett köztes kémiai részecskék reakcióinak szonokémiai aktiválása; valamint
4. olyan kémiai részecskék szonokémiai előállítása, amelyek olyan körülmények között lépnek elektrokémiai reakcióba, amelyek között az ultrahang nélkül működő rendszer nem elektrokémiailag aktív.

Az elektród elszennyeződésének típusai

A hidrofil kölcsönhatásokból eredő elszennyeződés általában könnyebben visszafordítható, mint a hidrofób kölcsönhatásokból eredő elszennyeződés. A hidrofóbabb felületű elektródok, például a szénalapú elektródok, elősegíthetik a hidrofób összetevőket, például aromás vegyületeket, telített vagy alifás vegyületeket, illetve fehérjéket tartalmazó szennyeződések kialakulását. Biológiai makromolekulák, például fehérjék és más biológiai anyagok, sejtek, sejttöredékek vagy DNS/RNS szintén okozhatják az elektródfelület elszennyeződését.