Решение проблемы загрязнения поверхности электродов

Загрязнение поверхности электродов является серьезной проблемой во многих электрохимических процессах производства и в электрохимических датчиках. Загрязнение электродов может повлиять на производительность и энергоэффективность электрохимического элемента. Ультразвуковое исследование является эффективным средством для предотвращения и устранения загрязнения электродов.

Загрязнение электрода уменьшает физический контакт электролита с электродом для переноса электронов и, следовательно, снижает скорость электрохимической реакции. Часто обрастающий агент прилипает к определенным структурным особенностям на поверхности электрода в результате гидрофильных, гидрофобных или электростатических взаимодействий между обрастающим агентом и поверхностью электрода.

Методы защиты от обрастания включают модификацию поверхности или покрытие полимерами или материалами на основе углерода, такими как углеродные нанотрубки или графен, из-за их большой площади поверхности, электрокаталитических свойств и устойчивости к загрязнению. Кроме того, наночастицы металлов могут обладать противообрастающими свойствами в сочетании с электрокаталитическими свойствами и высокой электропроводностью.

Ультразвуковое механическое перемешивание является альтернативным противообрастающим методом.

Ультразвуковое перемешивание для защиты от обрастания использует высокочастотные звуковые волны высокой интенсивности в жидкости для облегчения или улучшения удаления загрязняющих веществ с поверхностей, погруженных в жидкость, активированную ультразвуком. Ультразвуковая очистка поверхности электродов – это уникальная технология по удалению загрязняющих веществ с поверхностей электродов. Технология ультразвуковой очистки способна проникать и очищать любую увлажненную поверхность электрода, включая глухие отверстия, резьбу, контуры поверхности.
Требования к повышению чистоты поверхности электродов привели к разработке технологии ультразвукового перемешивания. В настоящее время возможно механическое перемешивание электродов с ультразвуковой частотой или перемешивание жидкости вблизи электрода для непрямой очистки поверхности электрода.

Непрямое обрастание поверхности электродов

При непрямом противообрастании поверхностей электродов ультразвуковая мощность подается на жидкость, находящуюся вблизи электрода. Эта жидкость адсорбирует ультразвуковую энергию и передает часть этой мощности на поверхность электрода, где образовавшаяся ультразвуковая кавитация удаляет загрязняющие слои. В общем случае, этот косвенный метод является “Прямая видимость” в природе; То есть для того, чтобы она была эффективной, должен быть прямой доступ к загрязненной поверхности.

Защита поверхности прямого электрода от обрастания

Hielscher Ultrasonics предлагает уникальную ультразвуковую конструкцию для непосредственного перемешивания электродов. В этой конструкции ультразвуковые колебания связаны непосредственно с электродом. Таким образом, ультразвуковая мощность подается на смачиваемую поверхность электрода, где поверхностное ускорение и схлопывание кавитационных пузырьков, соприкасающихся с поверхностью, создают струю жидкости высокого давления на поверхность. Ультразвуковая струя является хорошим методом для предотвращения и удаления обрастающих слоев.

Факты, которые стоит знать

Другие возможные эффекты ультразвукового перемешивания на электрохимическую систему включают:

1. улучшить гидродинамику и массоперенос;
2. влияют на градиенты концентрации и переключение кинетических режимов, влияя на механизм и продукты реакции;
3. сонохимическая активация реакций промежуточных веществ, полученных электрохимическим путем; и
4. Сонохимическое производство веществ, которые вступают в электрохимическую реакцию в условиях, когда бесшумная система не является электрохимически активной.

Виды загрязнения электродов

Загрязнения, возникающие в результате гидрофильных взаимодействий, как правило, более обратимы, чем загрязнения, возникающие в результате гидрофобных взаимодействий. Электроды с более гидрофобной поверхностью, такие как электроды на основе углерода, могут способствовать загрязнению, содержащему гидрофобные компоненты, такие как ароматические соединения, насыщенные или алифатические соединения или белки. Биологические макромолекулы, такие как белки и другие биологические материалы, клетки, фрагменты клеток или ДНК/РНК, также могут вызывать загрязнение поверхности электродов.