Rozwiązanie problemu zanieczyszczenia powierzchni elektrod

Zanieczyszczenia powierzchni elektrod stanowią poważny problem w wielu elektrochemicznych procesach produkcyjnych oraz w czujnikach elektrochemicznych. Zanieczyszczenia elektrod mogą wpływać na wydajność i efektywność energetyczną ogniwa elektrochemicznego. Ultradźwięki są skutecznym sposobem unikania i usuwania zanieczyszczeń elektrod.

Zanieczyszczenie elektrody zmniejsza fizyczny kontakt elektrolitu z elektrodą w celu przeniesienia elektronów, a tym samym zmniejsza szybkość reakcji elektrochemicznej. Często czynnik zanieczyszczający przylega do pewnych cech strukturalnych na powierzchni elektrody w wyniku oddziaływań hydrofilowych, hydrofobowych lub elektrostatycznych między czynnikiem zanieczyszczającym a powierzchnią elektrody.

Metody przeciwporostowe obejmują modyfikację powierzchni lub powlekanie polimerami lub materiałami na bazie węgla, takimi jak nanorurki węglowe lub grafen, ze względu na ich dużą powierzchnię, właściwości elektrokatalityczne i odporność na porastanie. Alternatywnie, nanocząstki metali mogą mieć właściwości przeciwporostowe w połączeniu z właściwościami elektrokatalitycznymi i wysoką przewodnością elektryczną.

Ultradźwiękowe mieszanie mechaniczne jest alternatywną metodą przeciwporostową.

Mieszanie ultradźwiękowe do usuwania zanieczyszczeń wykorzystuje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości i wysokiej intensywności w cieczy, aby ułatwić lub usprawnić usuwanie zanieczyszczeń z powierzchni zanurzonych w cieczy aktywowanej ultradźwiękami. Ultradźwiękowe czyszczenie powierzchni elektrod jest technologią unikalną pod względem zdolności do usuwania zanieczyszczeń z powierzchni elektrod. Technologia czyszczenia ultradźwiękowego jest w stanie penetrować i czyścić każdą zwilżoną powierzchnię elektrody, w tym ślepe otwory, gwinty, kontury powierzchni.
Zapotrzebowanie na lepszą czystość powierzchni elektrod doprowadziło do rozwoju technologii mieszania ultradźwiękowego. Obecnie możliwe jest mechaniczne mieszanie elektrod z częstotliwością ultradźwiękową lub mieszanie cieczy w pobliżu elektrody w celu pośredniego czyszczenia powierzchni elektrody.

Antifouling powierzchni elektrod pośrednich

W pośrednim usuwaniu zanieczyszczeń z powierzchni elektrod moc ultradźwiękowa jest dostarczana do cieczy w pobliżu elektrody. Ciecz ta adsorbuje moc ultradźwięków i przekazuje część tej mocy na powierzchnię elektrody, gdzie powstająca kawitacja ultradźwiękowa usuwa warstwy zanieczyszczeń. Ogólnie rzecz biorąc, ta pośrednia metoda “linia wzroku” aby była skuteczna, musi istnieć bezpośredni dostęp do zanieczyszczonej powierzchni.

Bezpośrednia ochrona powierzchni elektrody

Hielscher Ultrasonics oferuje unikalną ultradźwiękową konstrukcję do bezpośredniego mieszania elektrod. W tej konstrukcji drgania ultradźwiękowe są sprzężone bezpośrednio z elektrodą. Dlatego moc ultradźwiękowa jest dostarczana do zwilżonej powierzchni elektrody, gdzie przyspieszenie powierzchni i zapadające się pęcherzyki kawitacyjne w kontakcie z powierzchnią zapewniają strumień płynu pod wysokim ciśnieniem na powierzchnię. Strumieniowanie ultradźwiękowe jest dobrą metodą unikania i usuwania warstw zanieczyszczeń.

Fakty, które warto znać

Inne możliwe efekty mieszania ultradźwiękowego na układ elektrochemiczny obejmują:

1. poprawić hydrodynamikę i transport masy;
2. wpływają na gradienty stężeń i przełączanie reżimów kinetycznych z wpływem na mechanizm i produkty reakcji;
3. sonochemiczna aktywacja reakcji gatunków pośrednich, które zostały wygenerowane elektrochemicznie; oraz
4. sonochemiczna produkcja gatunków, które reagują elektrochemicznie w warunkach, w których cichy system nie jest aktywny elektrochemicznie.

Rodzaje zanieczyszczeń elektrod

Zanieczyszczenia wynikające z oddziaływań hydrofilowych są zwykle bardziej odwracalne niż zanieczyszczenia wynikające z oddziaływań hydrofobowych. Elektrody o bardziej hydrofobowych powierzchniach, takie jak elektrody węglowe, mogą sprzyjać zanieczyszczeniom posiadającym składniki hydrofobowe, takie jak związki aromatyczne, nasycone lub alifatyczne lub białka. Makrocząsteczki biologiczne, takie jak białka i inne materiały biologiczne, komórki, fragmenty komórek lub DNA/RNA mogą również powodować zanieczyszczenie powierzchni elektrody.