Soluția pentru colmatarea suprafeței electrozilor

Colmatarea suprafeței electrozilor este o problemă serioasă în multe procese de producție electrochimică și în senzorii electrochimici. Colmatarea electrodului poate afecta performanța și eficiența energetică a unei celule electrochimice. Ultrasonicarea este un mijloc eficient de a preveni și de a elimina colmatarea electrozilor.

Colmatarea electrodului reduce contactul fizic al electrolitului cu electrodul, necesar pentru transferul de electroni, și, prin urmare, reduce viteza reacției electrochimice. Adesea, agentul de colmatare aderă la anumite caracteristici structurale ale suprafeței electrodului, ca urmare a interacțiunilor hidrofile, hidrofobe sau electrostatice dintre agentul de colmatare și suprafața electrodului.

Metodele anticolmatare includ modificarea suprafeței sau acoperirea cu polimeri sau cu materiale pe bază de carbon, cum ar fi nanotuburile de carbon sau grafenul, datorită suprafeței lor mari, proprietăților electrocatalitice și rezistenței la colmatare. Alternativ, nanoparticulele metalice pot avea proprietăți anticolmatare combinate cu proprietăți electrocatalitice și conductivitate electrică ridicată.

Agitarea mecanică cu ultrasunete este o metodă anticolmatare alternativă.

Agitarea cu ultrasunete în scop anticolmatare utilizează unde sonore de înaltă frecvență și intensitate ridicată într-un lichid pentru a facilita sau a îmbunătăți îndepărtarea agenților de colmatare de pe suprafețele imersate într-un lichid activat cu ultrasunete. Curățarea cu ultrasunete a suprafeței electrozilor este o tehnologie unică prin capacitatea sa de a îndepărta agenții de colmatare de pe suprafețele electrozilor. Tehnologia de curățare cu ultrasunete poate pătrunde în orice suprafață umectată a electrodului și o poate curăța, inclusiv găuri oarbe, filete, contururi ale suprafeței.
Cerințele privind o curățenie îmbunătățită a suprafeței electrozilor au stimulat dezvoltarea tehnologiei de agitare cu ultrasunete. În prezent, este posibilă agitarea mecanică a electrozilor la frecvență ultrasonică sau agitarea lichidului din apropierea electrodului pentru curățarea indirectă a suprafeței electrodului.

Prevenirea indirectă a colmatării suprafeței electrozilor

În cazul prevenirii indirecte a colmatării suprafețelor electrozilor, puterea ultrasonică este transmisă lichidului din apropierea electrodului. Acest lichid adsoarbe puterea ultrasonică și transmite o fracțiune din această putere către suprafața electrodului, unde cavitația ultrasonică rezultată îndepărtează straturile de colmatare. În general, această metodă indirectă este, prin natura sa, de tip „line of sight” (în linie de vizibilitate directă); adică trebuie să existe acces direct la suprafața contaminată pentru ca metoda să fie eficientă.

Prevenirea directă a colmatării suprafeței electrozilor

Hielscher Ultrasonics oferă un design ultrasonic unic pentru agitarea directă a electrozilor. În acest design, vibrațiile ultrasonice sunt cuplate direct în electrod. Prin urmare, puterea ultrasonică este transmisă suprafeței umectate a electrodului, unde accelerația suprafeței și bulele de cavitație care implodează în contact cu o suprafață generează un jet de fluid de înaltă presiune împotriva suprafeței. Jetul ultrasonic este o metodă bună de a preveni și de a elimina straturile de colmatare.

Informații utile

Alte efecte posibile ale agitării cu ultrasunete asupra unui sistem electrochimic includ:

1. îmbunătățirea hidrodinamicii și a transportului de masă;
2. influențarea gradienților de concentrație și comutarea regimurilor cinetice, cu efect asupra mecanismului și a produselor de reacție;
3. activarea sonochimică a reacțiilor speciilor intermediare care au fost generate pe cale electrochimică; și
4. producerea sonochimică de specii care reacționează electrochimic în condiții în care sistemul fără ultrasunete nu este activ din punct de vedere electrochimic.

Tipuri de colmatare a electrozilor

Colmatarea rezultată din interacțiuni hidrofile tinde să fie mai reversibilă decât colmatarea rezultată din interacțiuni hidrofobe. Electrozii cu suprafețe mai hidrofobe, cum ar fi electrozii pe bază de carbon, pot favoriza colmatarea cu componente hidrofobe, cum ar fi compușii aromatici, compușii saturați sau alifatici ori proteinele. Macromoleculele biologice, cum ar fi proteinele și alte materiale biologice, celulele, fragmentele celulare sau ADN-ul/ARN-ul, pot provoca, de asemenea, colmatarea suprafeței electrodului.