Riešenie zanášania povrchu elektród

Zanášanie povrchu elektród je závažným problémom v mnohých elektrochemických výrobných procesoch a v elektrochemických senzoroch. Zanášanie elektród môže ovplyvniť výkon a energetickú účinnosť elektrochemického článku. Pôsobenie ultrazvuku je účinným prostriedkom na predchádzanie zanášaniu elektród a odstraňovanie usadenín.

Zanášanie elektród znižuje fyzický kontakt elektrolytu s elektródou potrebný na prenos elektrónov, a tým znižuje rýchlosť elektrochemickej reakcie. Látka spôsobujúca zanášanie často priľne k určitým štruktúrnym prvkom na povrchu elektródy v dôsledku hydrofilných, hydrofóbnych alebo elektrostatických interakcií medzi touto látkou a povrchom elektródy.

Metódy proti zanášaniu zahŕňajú úpravu povrchu alebo nanášanie povlakov z polymérov či materiálov na báze uhlíka, ako sú uhlíkové nanorúrky alebo grafén, vďaka ich veľkej ploche povrchu, elektrokatalytickým vlastnostiam a odolnosti proti zanášaniu. Alternatívne môžu mať kovové nanočastice vlastnosti zabraňujúce zanášaniu v kombinácii s elektrokatalytickými vlastnosťami a vysokou elektrickou vodivosťou.

Ultrazvukové mechanické rozkmitanie je alternatívnou metódou proti zanášaniu.

Ultrazvukové rozkmitanie na zabránenie zanášaniu využíva vysokofrekvenčné zvukové vlny s vysokou intenzitou v kvapaline na uľahčenie alebo zintenzívnenie odstraňovania látok spôsobujúcich zanášanie z povrchov ponorených do ultrazvukom aktivovanej kvapaliny. Ultrazvukové čistenie povrchu elektród je technológia jedinečná svojou schopnosťou odstraňovať z povrchov elektród látky spôsobujúce zanášanie. Technológia ultrazvukového čistenia dokáže preniknúť ku každému zmáčanému povrchu elektródy a vyčistiť ho vrátane slepých otvorov, závitov a povrchových kontúr.
Požiadavky na vyššiu čistotu povrchu elektród podnietili vývoj technológie ultrazvukového rozkmitania. Dnes je možné mechanicky rozkmitať elektródy pri ultrazvukovej frekvencii alebo rozkmitať kvapalinu v blízkosti elektródy na nepriame čistenie jej povrchu.

Nepriame pôsobenie proti zanášaniu povrchu elektród

Pri nepriamom pôsobení proti zanášaniu povrchov elektród sa ultrazvukový výkon privádza do kvapaliny v blízkosti elektródy. Táto kvapalina adsorbuje ultrazvukový výkon a prenáša časť tohto výkonu na povrch elektródy, kde vznikajúca ultrazvuková kavitácia odstraňuje vrstvy usadenín. Táto nepriama metóda má vo všeobecnosti charakter „priamej viditeľnosti“; to znamená, že na jej účinné pôsobenie musí existovať priamy prístup ku kontaminovanému povrchu.

Priame pôsobenie proti zanášaniu povrchu elektród

Hielscher Ultrasonics ponúka jedinečnú ultrazvukovú konštrukciu na priame rozkmitanie elektród. V tejto konštrukcii sa ultrazvukové vibrácie prenášajú priamo do elektródy. Ultrazvukový výkon sa preto privádza na zmáčaný povrch elektródy, kde zrýchlenie povrchu a kolabujúce kavitačné bubliny v kontakte s povrchom vytvárajú vysokotlakový prúd kvapaliny smerujúci proti povrchu. Ultrazvukové vytváranie prúdov kvapaliny je dobrou metódou na predchádzanie tvorbe vrstiev usadenín a ich odstraňovanie.

Užitočné informácie

Medzi ďalšie možné účinky ultrazvukového rozkmitania na elektrochemický systém patria:

1. zlepšenie hydrodynamiky a prenosu hmoty;
2. ovplyvnenie koncentračných gradientov a prepínania kinetických režimov s vplyvom na mechanizmus a produkty reakcie;
3. sonochemická aktivácia reakcií intermediárnych častíc, ktoré vznikli elektrochemicky; a
4. sonochemická tvorba častíc, ktoré elektrochemicky reagujú za podmienok, pri ktorých systém bez pôsobenia ultrazvuku nie je elektrochemicky aktívny.

Typy zanášania elektród

Zanášanie spôsobené hydrofilnými interakciami býva reverzibilnejšie než zanášanie spôsobené hydrofóbnymi interakciami. Elektródy s hydrofóbnejšími povrchmi, ako sú elektródy na báze uhlíka, môžu podporovať zanášanie hydrofóbnymi zložkami, ako sú aromatické zlúčeniny, nasýtené alebo alifatické zlúčeniny či proteíny. Zanášanie povrchu elektród môžu spôsobovať aj biologické makromolekuly, ako sú proteíny a iné biologické materiály, bunky, bunkové fragmenty alebo DNA/RNA.