De oplossing voor vervuiling van elektrodeoppervlakken

Vervuiling van elektrodeoppervlakken is een ernstig probleem in veel elektrochemische productieprocessen en in elektrochemische sensoren. Elektrodevervuiling kan de prestaties en de energie-efficiëntie van een elektrochemische cel beïnvloeden. Sonicatie is een doeltreffend middel om elektrodevervuiling te voorkomen en te verwijderen.

Elektrodevervuiling vermindert het fysieke contact tussen de elektrolyt en de elektrode voor elektronenoverdracht en verlaagt daardoor de elektrochemische reactiesnelheid. Vaak hecht de vervuilende stof zich aan bepaalde structurele kenmerken van het elektrodeoppervlak als gevolg van hydrofiele, hydrofobe of elektrostatische interacties tussen de vervuilende stof en het elektrodeoppervlak.

Methoden om vervuiling tegen te gaan omvatten oppervlaktemodificatie of het aanbrengen van een coating van polymeren of koolstofgebaseerde materialen, zoals koolstofnanobuizen of grafeen, vanwege hun grote oppervlak, elektrokatalytische eigenschappen en weerstand tegen vervuiling. Als alternatief kunnen metallische nanodeeltjes eigenschappen hebben die vervuiling tegengaan, gecombineerd met elektrokatalytische eigenschappen en een hoge elektrische geleidbaarheid.

Ultrasone mechanische agitatie is een alternatieve methode om vervuiling tegen te gaan.

Ultrasone agitatie om vervuiling tegen te gaan maakt gebruik van geluidsgolven met een hoge frequentie en hoge intensiteit in een vloeistof om de verwijdering van vervuilende stoffen van oppervlakken die in een ultrasoon geactiveerde vloeistof zijn ondergedompeld te vergemakkelijken of te versterken. Ultrasone reiniging van elektrodeoppervlakken is een technologie die uniek is in haar vermogen om vervuilende stoffen van elektrodeoppervlakken te verwijderen. Ultrasone reinigingstechnologie kan elk bevochtigd elektrodeoppervlak bereiken en reinigen, met inbegrip van blinde gaten, schroefdraad en oppervlaktecontouren.
De behoefte aan schonere elektrodeoppervlakken heeft de ontwikkeling van ultrasone agitatietechnologie gestimuleerd. Tegenwoordig is het mogelijk om elektroden mechanisch met een ultrasone frequentie in beweging te brengen of om de vloeistof nabij de elektrode in beweging te brengen voor indirecte reiniging van het elektrodeoppervlak.

Indirect tegengaan van vervuiling van elektrodeoppervlakken

Bij het indirect tegengaan van vervuiling van elektrodeoppervlakken wordt het ultrasone vermogen overgebracht op de vloeistof nabij de elektrode. Deze vloeistof adsorbeert het ultrasone vermogen en brengt een deel van dit vermogen over op het elektrodeoppervlak, waar de resulterende ultrasone cavitatie vervuilingslagen verwijdert. In het algemeen werkt deze indirecte methode volgens het principe van een “directe zichtlijn”; dat wil zeggen dat het vervuilde oppervlak rechtstreeks toegankelijk moet zijn om de methode doeltreffend te laten zijn.

Direct tegengaan van vervuiling van elektrodeoppervlakken

Hielscher Ultrasonics biedt een uniek ultrasoon ontwerp om elektroden rechtstreeks in beweging te brengen. In dit ontwerp worden de ultrasone trillingen rechtstreeks in de elektrode gekoppeld. Daardoor wordt het ultrasone vermogen overgebracht op het bevochtigde elektrodeoppervlak, waar de versnelling van het oppervlak en imploderende cavitatiebellen die in contact staan met een oppervlak een vloeistofstraal onder hoge druk tegen het oppervlak veroorzaken. Ultrasone straalvorming is een goede methode om vervuilingslagen te voorkomen en te verwijderen.

Wetenswaardigheden

Andere mogelijke effecten van ultrasone agitatie op een elektrochemisch systeem zijn:

1. verbetering van de hydrodynamica en het massatransport;
2. beïnvloeding van concentratiegradiënten en van de omschakeling tussen kinetische regimes, met gevolgen voor het mechanisme en de reactieproducten;
3. sonochemische activering van reacties van intermediaire chemische soorten die elektrochemisch zijn gevormd; en
4. sonochemische productie van chemische soorten die elektrochemisch reageren onder omstandigheden waarin het systeem zonder ultrasoon geluid niet elektrochemisch actief is.

Soorten elektrodevervuiling

Vervuiling die voortkomt uit hydrofiele interacties is doorgaans beter omkeerbaar dan vervuiling die voortkomt uit hydrofobe interacties. Elektroden met meer hydrofobe oppervlakken, zoals koolstofgebaseerde elektroden, kunnen vervuiling met hydrofobe componenten bevorderen, zoals aromatische verbindingen, verzadigde of alifatische verbindingen, of eiwitten. Biologische macromoleculen, zoals eiwitten en andere biologische materialen, cellen, celfragmenten of DNA/RNA, kunnen eveneens vervuiling van elektrodeoppervlakken veroorzaken.