Rešitev za nastajanje oblog na površini elektrod

Nastajanje oblog na površini elektrod je resna težava v številnih elektrokemijskih proizvodnih procesih in pri elektrokemijskih senzorjih. Nastajanje oblog na elektrodah lahko vpliva na zmogljivost in energijsko učinkovitost elektrokemijske celice. Sonikacija je učinkovito sredstvo za preprečevanje in odstranjevanje oblog na elektrodah.

Obloge na elektrodah zmanjšujejo fizični stik elektrolita z elektrodo, potreben za prenos elektronov, in s tem zmanjšujejo hitrost elektrokemijske reakcije. Snov, ki tvori obloge, se pogosto oprime določenih strukturnih značilnosti na površini elektrode zaradi hidrofilnih, hidrofobnih ali elektrostatskih interakcij med to snovjo in površino elektrode.

Metode za preprečevanje nastajanja oblog vključujejo spreminjanje površine ali nanašanje prevlek iz polimerov ali materialov na osnovi ogljika, kot so ogljikove nanocevke ali grafen, zaradi njihove velike površine, elektrokatalitskih lastnosti in odpornosti proti nastajanju oblog. Kovinski nanodelci pa imajo lahko lastnosti, ki preprečujejo nastajanje oblog, v kombinaciji z elektrokatalitskimi lastnostmi in visoko električno prevodnostjo.

Ultrazvočno mehansko vzbujanje je alternativna metoda za preprečevanje nastajanja oblog.

Ultrazvočno vzbujanje za preprečevanje nastajanja oblog uporablja visokofrekvenčne zvočne valove visoke intenzivnosti v tekočini za olajšanje ali izboljšanje odstranjevanja snovi, ki tvorijo obloge, s površin, potopljenih v ultrazvočno aktivirano tekočino. Ultrazvočno čiščenje površin elektrod je tehnologija, ki je edinstvena po svoji zmožnosti odstranjevanja snovi, ki tvorijo obloge, s površin elektrod. Tehnologija ultrazvočnega čiščenja lahko doseže in očisti vsako omočeno površino elektrode, vključno s slepimi izvrtinami, navoji in površinskimi konturami.
Zahteve po večji čistosti površin elektrod so spodbudile razvoj tehnologije ultrazvočnega vzbujanja. Danes je mogoče elektrode mehansko vzbujati pri ultrazvočni frekvenci ali vzbujati tekočino v bližini elektrode za posredno čiščenje površine elektrode.

Posredno preprečevanje nastajanja oblog na površini elektrod

Pri posrednem preprečevanju nastajanja oblog na površinah elektrod se ultrazvočna moč dovaja tekočini v bližini elektrode. Ta tekočina adsorbira ultrazvočno moč in del te moči prenese na površino elektrode, kjer nastala ultrazvočna kavitacija odstranjuje plasti oblog. Na splošno ta posredna metoda deluje po načelu »neposredne vidne povezave«; to pomeni, da mora biti za njeno učinkovitost omogočen neposreden dostop do onesnažene površine.

Neposredno preprečevanje nastajanja oblog na površini elektrod

Hielscher Ultrasonics ponuja edinstveno ultrazvočno zasnovo za neposredno vzbujanje elektrod. Pri tej zasnovi se ultrazvočne vibracije prenašajo neposredno v elektrodo. Ultrazvočna moč se zato dovaja omočeni površini elektrode, kjer pospeševanje površine in implozija kavitacijskih mehurčkov v stiku s površino ustvarjata visokotlačni curek tekočine, usmerjen proti površini. Ultrazvočno ustvarjanje curkov je dobra metoda za preprečevanje in odstranjevanje plasti oblog.

Koristna dejstva

Drugi možni učinki ultrazvočnega vzbujanja na elektrokemijski sistem vključujejo:

1. izboljšanje hidrodinamike in prenosa snovi;
2. vpliv na koncentracijske gradiente in prehajanje med kinetičnimi režimi, kar vpliva na mehanizem in produkte reakcije;
3. sonokemijsko aktivacijo reakcij vmesnih zvrsti, ki so nastale elektrokemijsko; in
4. sonokemijsko nastajanje zvrsti, ki reagirajo elektrokemijsko v pogojih, pri katerih sistem brez ultrazvoka ni elektrokemijsko aktiven.

Vrste oblog na elektrodah

Nastajanje oblog zaradi hidrofilnih interakcij je običajno bolj reverzibilno kot nastajanje oblog zaradi hidrofobnih interakcij. Elektrode z bolj hidrofobnimi površinami, kot so elektrode na osnovi ogljika, lahko spodbujajo nastajanje oblog, ki vsebujejo hidrofobne sestavine, kot so aromatske spojine, nasičene ali alifatske spojine ali beljakovine. Biološke makromolekule, kot so beljakovine in drugi biološki materiali, celice, celični fragmenti ali DNA/RNA, lahko prav tako povzročajo nastajanje oblog na površini elektrod.