電極表面の汚れの解決策

電極表面の汚れは、多くの電気化学製造プロセスや電気化学センサーにおいて深刻な問題である。電極の汚れは、電気化学セルの性能とエネルギー効率に影響を与えます。超音波処理は、電極の汚れを回避・除去する効果的な手段です。

電極の汚れは、電子伝達のための電解液と電極の物理的接触を減少させ、したがって電気化学反応速度を低下させる。汚損剤と電極表面との間の親水性、疎水性、または静電的相互作用の結果として、電極表面の特定の構造的特徴に汚損剤が付着することが多い。

防汚方法には、大きな表面積、電気触媒特性、耐ファウリング性から、ポリマーやカーボンナノチューブやグラフェンなどの炭素系材料による表面改質やコーティングがある。あるいは、金属ナノ粒子は、電気触媒特性や高い導電性と組み合わせた防汚特性を持つことができる。

超音波による機械的攪拌は、別の防汚方法である。

防汚のための超音波攪拌は、超音波で活性化された液体に浸漬された表面からの汚損剤の除去を促進または強化するために、液体中で高周波、高強度の音波を使用します。超音波電極表面洗浄は、電極表面から汚損剤を除去する能力においてユニークな技術である。超音波洗浄技術は、ブラインドホール、スレッド、表面輪郭を含む、あらゆる接液電極表面に浸透し、洗浄することができます。
電極表面の清浄度向上に対する要求が、超音波攪拌技術の発展を促した。今日では、超音波周波数で機械的に電極を攪拌することも、間接的に電極表面を洗浄するために電極近傍の液体を攪拌することも可能です。

間接電極表面防汚

電極表面の間接防汚では、超音波パワーは電極近傍の液体に供給される。この液体は超音波パワーを吸着し、このパワーの一部を電極表面に伝達し、その結果生じる超音波キャビテーションが汚損層を除去する。一般的に、この間接的な方法は “視線” つまり、汚染された表面に直接アクセスできなければ効果はない。

直接電極表面防汚

Hielscher Ultrasonics社は、電極を直接攪拌するユニークな超音波設計を提供しています。この設計では、超音波振動は電極に直接結合されます。そのため、超音波パワーは接液した電極表面に供給され、表面加速度と表面と接触したキャビテーション気泡の崩壊により、表面に対して高圧の流体ジェットが供給されます。超音波噴射は、ファウリング層を回避・除去するのに適した方法です。

知っておくべき事実

電気化学システムに対する超音波攪拌の影響としては、他にも以下のようなものが考えられる：

1. 流体力学と物質輸送を改善する；
2. 濃度勾配に影響を与え、反応機構や反応生成物に影響を与える速度論的レジームが切り替わる；
3. 電気化学的に生成された中間種の反応を超音波化学的に活性化する。
4. 無声システムが電気化学的に活性でない条件下で、電気化学的に反応する化学種を超音波化学的に生成する。

電極の汚れの種類

親水性相互作用から生じるファウリングは、疎水性相互作用から生じるファウリングよりも可逆的である傾向がある。炭素ベースの電極のような疎水性の高い表面を持つ電極は、芳香族化合物、飽和または脂肪族化合物、またはタンパク質のような疎水性成分を有するファウリングを促進する可能性がある。タンパク質やその他の生物学的物質、細胞、細胞片、DNA/RNAなどの生物学的高分子も、電極表面のファウリングを引き起こす可能性があります。