Lösningen på beläggningsbildning på elektrodytor

Beläggningsbildning på elektrodytor är ett allvarligt problem i många elektrokemiska produktionsprocesser och i elektrokemiska sensorer. Beläggningsbildning på elektroder kan påverka en elektrokemisk cells prestanda och energieffektivitet. Ultraljudsbehandling är ett effektivt sätt att förebygga och avlägsna beläggningar på elektroder.

Beläggningsbildning på elektroder minskar den fysiska kontakten mellan elektrolyten och elektroden för elektronöverföring och minskar därmed den elektrokemiska reaktionshastigheten. Ofta fäster det beläggningsbildande ämnet vid vissa strukturella särdrag på elektrodytan till följd av hydrofila, hydrofoba eller elektrostatiska växelverkningar mellan det beläggningsbildande ämnet och elektrodytan.

Metoder för att motverka beläggningsbildning omfattar ytmodifiering eller ytbeläggning med polymerer eller kolbaserade material, såsom kolnanorör eller grafen, på grund av deras stora ytarea, elektrokatalytiska egenskaper och motståndskraft mot beläggningsbildning. Alternativt kan metalliska nanopartiklar ha egenskaper som motverkar beläggningsbildning i kombination med elektrokatalytiska egenskaper och hög elektrisk ledningsförmåga.

Mekanisk omrörning med ultraljud är en alternativ metod för att motverka beläggningsbildning.

Omrörning med ultraljud för att motverka beläggningsbildning använder högfrekventa, högintensiva ljudvågor i en vätska för att underlätta eller förbättra avlägsnandet av beläggningsbildande ämnen från ytor som är nedsänkta i en ultraljudsaktiverad vätska. Rengöring av elektrodytor med ultraljud är en teknik som är unik i sin förmåga att avlägsna beläggningsbildande ämnen från elektrodytor. Ultraljudsrengöringsteknik kan tränga in till och rengöra alla vätskekontaktade elektrodytor, inklusive bottenhål, gängor och ytkonturer.
Krav på förbättrad renhet hos elektrodytor har drivit utvecklingen av teknik för omrörning med ultraljud. I dag är det möjligt att sätta elektroder i mekanisk svängning vid ultraljudsfrekvens eller att röra om vätskan nära elektroden för indirekt rengöring av elektrodytan.

Indirekt motverkande av beläggningsbildning på elektrodytor

Vid indirekt motverkande av beläggningsbildning på elektrodytor tillförs ultraljudseffekten till vätskan nära elektroden. Denna vätska adsorberar ultraljudseffekten och överför en del av denna effekt till elektrodytan, där den resulterande ultraljudskavitationen avlägsnar beläggningsskikt. I allmänhet bygger denna indirekta metod på ”fri sikt”; det vill säga att det måste finnas direkt åtkomst till den förorenade ytan för att metoden ska vara effektiv.

Direkt motverkande av beläggningsbildning på elektrodytor

Hielscher Ultrasonics erbjuder en unik ultraljudskonstruktion för att direkt sätta elektroder i svängning. I denna konstruktion kopplas ultraljudsvibrationerna direkt in i elektroden. Därför tillförs ultraljudseffekten till den vätskekontaktade elektrodytan, där ytans acceleration och kollapsande kavitationsbubblor i kontakt med en yta skapar en vätskestråle med högt tryck mot ytan. Ultraljudsdriven strålbildning är en bra metod för att förebygga och avlägsna beläggningsskikt.

Värt att veta

Andra möjliga effekter av omrörning med ultraljud på ett elektrokemiskt system omfattar:

1. att förbättra hydrodynamik och masstransport;
2. att påverka koncentrationsgradienter och växling mellan kinetiska regimer med inverkan på mekanism och reaktionsprodukter;
3. sonokemisk aktivering av reaktioner hos intermediära kemiska species som har bildats elektrokemiskt; och
4. sonokemisk produktion av kemiska species som reagerar elektrokemiskt under förhållanden där systemet utan ultraljud inte är elektrokemiskt aktivt.

Typer av beläggningsbildning på elektroder

Beläggningsbildning till följd av hydrofila växelverkningar tenderar att vara mer reversibel än beläggningsbildning till följd av hydrofoba växelverkningar. Elektroder med mer hydrofoba ytor, såsom kolbaserade elektroder, kan främja bildning av beläggningar som innehåller hydrofoba komponenter, såsom aromatiska föreningar, mättade eller alifatiska föreningar eller proteiner. Biologiska makromolekyler, såsom proteiner och andra biologiska material, celler, cellfragment eller DNA/RNA, kan också orsaka beläggningsbildning på elektrodytor.