Rozwiązanie problemu zanieczyszczania powierzchni elektrod

Zanieczyszczanie powierzchni elektrod stanowi poważny problem w wielu elektrochemicznych procesach produkcyjnych oraz w czujnikach elektrochemicznych. Zanieczyszczanie elektrod może wpływać na wydajność i efektywność energetyczną ogniwa elektrochemicznego. Sonikacja jest skutecznym sposobem zapobiegania zanieczyszczaniu elektrod i usuwania z nich zanieczyszczeń.

Zanieczyszczenia na elektrodzie ograniczają fizyczny kontakt elektrolitu z elektrodą umożliwiający przenoszenie elektronów, a tym samym zmniejszają szybkość reakcji elektrochemicznej. Substancja zanieczyszczająca często przywiera do określonych elementów struktury powierzchni elektrody wskutek oddziaływań hydrofilowych, hydrofobowych lub elektrostatycznych między tą substancją a powierzchnią elektrody.

Metody zapobiegania zanieczyszczaniu obejmują modyfikację powierzchni lub pokrywanie jej polimerami bądź materiałami węglowymi, takimi jak nanorurki węglowe lub grafen, ze względu na ich dużą powierzchnię, właściwości elektrokatalityczne i odporność na zanieczyszczanie. Alternatywnie nanocząstki metaliczne mogą wykazywać właściwości zapobiegające zanieczyszczaniu w połączeniu z właściwościami elektrokatalitycznymi i wysoką przewodnością elektryczną.

Mechaniczne wzbudzanie drgań za pomocą ultradźwięków jest alternatywną metodą zapobiegania zanieczyszczaniu.

Wzbudzanie drgań ultradźwiękowych w celu zapobiegania zanieczyszczaniu wykorzystuje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości i dużym natężeniu w cieczy, aby ułatwić lub usprawnić usuwanie substancji zanieczyszczających z powierzchni zanurzonych w cieczy aktywowanej ultradźwiękami. Ultradźwiękowe czyszczenie powierzchni elektrod to technologia o wyjątkowej zdolności usuwania substancji zanieczyszczających z powierzchni elektrod. Technologia czyszczenia ultradźwiękowego pozwala docierać do każdej zwilżonej powierzchni elektrody i ją czyścić, w tym do otworów nieprzelotowych, gwintów i konturów powierzchni.
Wymagania dotyczące większej czystości powierzchni elektrod przyczyniły się do rozwoju technologii wzbudzania drgań ultradźwiękowych. Obecnie możliwe jest mechaniczne wzbudzanie drgań elektrod z częstotliwością ultradźwiękową lub wzbudzanie drgań cieczy w pobliżu elektrody w celu pośredniego czyszczenia jej powierzchni.

Pośrednie zapobieganie zanieczyszczaniu powierzchni elektrod

W pośrednim zapobieganiu zanieczyszczaniu powierzchni elektrod moc ultradźwiękowa jest dostarczana do cieczy w pobliżu elektrody. Ciecz ta adsorbuje moc ultradźwiękową i przekazuje część tej mocy do powierzchni elektrody, gdzie powstająca kawitacja ultradźwiękowa usuwa warstwy zanieczyszczeń. Ogólnie ta metoda pośrednia działa na zasadzie „linii widzenia”; oznacza to, że do jej skutecznego działania konieczny jest bezpośredni dostęp do zanieczyszczonej powierzchni.

Bezpośrednie zapobieganie zanieczyszczaniu powierzchni elektrod

Hielscher Ultrasonics oferuje wyjątkową konstrukcję układu ultradźwiękowego do bezpośredniego wzbudzania drgań elektrod. W tej konstrukcji drgania ultradźwiękowe są sprzęgane bezpośrednio z elektrodą. Moc ultradźwiękowa jest zatem dostarczana do zwilżonej powierzchni elektrody, gdzie przyspieszenie powierzchni oraz zapadające się pęcherzyki kawitacyjne stykające się z powierzchnią wytwarzają strumień cieczy pod wysokim ciśnieniem skierowany na tę powierzchnię. Strumienie wytwarzane ultradźwiękowo są dobrą metodą zapobiegania powstawaniu warstw zanieczyszczeń i ich usuwania.

Warto wiedzieć

Inne możliwe skutki wzbudzania drgań ultradźwiękowych w układzie elektrochemicznym obejmują:

1. poprawę hydrodynamiki i transportu masy;
2. wpływ na gradienty stężenia oraz przechodzenie między reżimami kinetycznymi, co wpływa na mechanizm i produkty reakcji;
3. sonochemiczną aktywację reakcji form pośrednich wytworzonych elektrochemicznie; oraz
4. sonochemiczne wytwarzanie form chemicznych, które reagują elektrochemicznie w warunkach, w których układ bez ultradźwięków nie jest aktywny elektrochemicznie.

Rodzaje zanieczyszczania elektrod

Zanieczyszczanie wynikające z oddziaływań hydrofilowych jest zwykle bardziej odwracalne niż zanieczyszczanie wynikające z oddziaływań hydrofobowych. Elektrody o bardziej hydrofobowych powierzchniach, takie jak elektrody węglowe, mogą sprzyjać osadzaniu się zanieczyszczeń zawierających składniki hydrofobowe, takie jak związki aromatyczne, związki nasycone lub alifatyczne bądź białka. Makrocząsteczki biologiczne, takie jak białka, oraz inne materiały biologiczne, komórki, fragmenty komórek lub DNA/RNA również mogą powodować zanieczyszczanie powierzchni elektrod.