Решение проблемы загрязнения поверхности электродов

Загрязнение поверхности электродов представляет собой серьёзную проблему во многих электрохимических производственных процессах и в электрохимических датчиках. Загрязнение электродов может влиять на производительность и энергоэффективность электрохимической ячейки. Обработка ультразвуком является эффективным средством предотвращения и удаления загрязнений электродов.

Загрязнение электродов уменьшает физический контакт электролита с электродом, необходимый для переноса электронов, и тем самым снижает скорость электрохимической реакции. Зачастую загрязняющее вещество прикрепляется к определённым структурным элементам поверхности электрода в результате гидрофильных, гидрофобных или электростатических взаимодействий между загрязняющим веществом и поверхностью электрода.

Методы предотвращения загрязнения включают модификацию поверхности или нанесение покрытий из полимеров либо материалов на основе углерода, таких как углеродные нанотрубки или графен, благодаря их большой площади поверхности, электрокаталитическим свойствам и устойчивости к загрязнению. В качестве альтернативы металлические наночастицы могут обладать свойствами, препятствующими загрязнению, в сочетании с электрокаталитическими свойствами и высокой электропроводностью.

Ультразвуковое механическое воздействие является альтернативным методом предотвращения загрязнения.

Ультразвуковое воздействие для предотвращения загрязнения основано на использовании высокочастотных звуковых волн высокой интенсивности в жидкости для облегчения или усиления удаления загрязняющих веществ с поверхностей, погружённых в жидкость, активированную ультразвуком. Ультразвуковая очистка поверхности электродов – технология, уникальная по своей способности удалять загрязняющие вещества с поверхностей электродов. Технология ультразвуковой очистки позволяет проникать к любой смоченной поверхности электрода и очищать её, включая глухие отверстия, резьбу и рельеф поверхности.
Требования к повышению чистоты поверхности электродов стимулировали развитие технологии ультразвукового воздействия. Сегодня можно приводить электроды в механические колебания с ультразвуковой частотой или воздействовать на жидкость вблизи электрода для косвенной очистки его поверхности.

Косвенное предотвращение загрязнения поверхности электродов

При косвенном предотвращении загрязнения поверхности электродов ультразвуковая мощность подводится к жидкости вблизи электрода. Эта жидкость адсорбирует ультразвуковую мощность и передаёт часть этой мощности поверхности электрода, где возникающая ультразвуковая кавитация удаляет слои загрязнений. В целом этот косвенный метод действует по принципу «прямой видимости»; то есть для его эффективности необходим прямой доступ к загрязнённой поверхности.

Прямое предотвращение загрязнения поверхности электродов

Hielscher Ultrasonics предлагает уникальную конструкцию ультразвуковой системы для непосредственного возбуждения колебаний электродов. В этой конструкции ультразвуковые колебания передаются непосредственно в электрод. Таким образом, ультразвуковая мощность подводится к смоченной поверхности электрода, где ускорение поверхности и схлопывающиеся кавитационные пузырьки, находящиеся в контакте с поверхностью, создают направленную на неё струю жидкости высокого давления. Ультразвуковое струйное воздействие является хорошим методом предотвращения образования и удаления слоёв загрязнений.

Полезные сведения

Другие возможные эффекты ультразвукового воздействия на электрохимическую систему включают:

1. улучшение гидродинамики и массопереноса;
2. влияние на градиенты концентрации и переключение кинетических режимов с воздействием на механизм и продукты реакции;
3. сонохимическую активацию реакций промежуточных частиц, образовавшихся электрохимическим путём; и
4. сонохимическое образование частиц, которые вступают в электрохимические реакции в условиях, при которых система без ультразвукового воздействия не проявляет электрохимической активности.

Типы загрязнения электродов

Загрязнение, возникающее вследствие гидрофильных взаимодействий, как правило, более обратимо, чем загрязнение, возникающее вследствие гидрофобных взаимодействий. Электроды с более гидрофобными поверхностями, такие как электроды на основе углерода, могут способствовать загрязнению, содержащему гидрофобные компоненты, такие как ароматические соединения, насыщенные или алифатические соединения либо белки. Биологические макромолекулы, такие как белки, а также другие биологические материалы, клетки, фрагменты клеток или ДНК/РНК тоже могут вызывать загрязнение поверхности электродов.