Рішення проблеми забруднення поверхні електродів

Забруднення поверхні електродів є серйозною проблемою в багатьох електрохімічних виробничих процесах та в електрохімічних сенсорах. Забруднення електродів може впливати на продуктивність та енергоефективність електрохімічної комірки. Ультразвукова обробка є ефективним засобом для запобігання та видалення забруднення електродів.

Забруднення електродів зменшує фізичний контакт електроліту з електродом для перенесення електронів до і, отже, зменшує швидкість електрохімічної реакції. Часто забруднювальний агент прилипає до певних структурних особливостей на поверхні електрода внаслідок гідрофільних, гідрофобних або електростатичних взаємодій між забруднювальним агентом і поверхнею електрода.

Методи запобігання забрудненню включають модифікацію поверхні або покриття полімерами або вуглецевими матеріалами, такими як вуглецеві нанотрубки або графен, завдяки їхній великій площі поверхні, електрокаталітичним властивостям та стійкості до забруднення. Альтернативно, металеві наночастинки можуть мати властивості запобігання забрудненню в поєднанні з електрокаталітичними властивостями та високою електропровідністю.

Ультразвукове механічне перемішування є альтернативним методом запобігання забрудненню.

Ультразвукове перемішування для запобігання забрудненню використовує високочастотні, високоінтенсивні звукові хвилі в рідині для сприяння або посилення видалення забруднювальних агентів з поверхонь, занурених в рідину, активовану ультразвуком. Ультразвукове очищення поверхні електродів є технологією, унікальною за своєю здатністю видаляти забруднювальні агенти з поверхонь електродів. Технологія ультразвукового очищення здатна проникати та очищати будь-яку змочену поверхню електрода, включаючи глухі отвори, різьблення, контури поверхні.
Потреби в покращенні чистоти поверхні електродів сприяли розвитку технології ультразвукового перемішування. Сьогодні можливо механічно перемішувати електроди на ультразвуковій частоті або перемішувати рідину поблизу електрода для непрямого очищення поверхні електрода.

Непряме запобігання забрудненню поверхні електродів

При непрямому запобіганні забрудненню поверхонь електродів ультразвукова потужність передається рідині поблизу електрода. Ця рідина адсорбує ультразвукову потужність і передає частину цієї потужності на поверхню електрода, де виникла ультразвукова кавітація видаляє шари забруднення. Загалом цей непрямий метод має природу «прямий видимості»; тобто має бути прямий доступ до забрудненої поверхні, щоб він був ефективним.

Пряме запобігання забрудненню поверхні електродів

Hielscher Ultrasonics пропонує унікальну ультразвукову конструкцію для прямого перемішування електродів. У цій конструкції ультразвукові коливання безпосередньо передаються на електрод. Тому ультразвукова потужність передається на змочену поверхню електрода, де прискорення поверхні та колапсуючі кавітаційні бульбашки, що контактують з поверхнею, створюють струмінь рідини високого тиску проти поверхні. Ультразвукове струменеве очищення є хорошим методом для запобігання та видалення шарів забруднення.

Факти, які варто знати

Інші можливі ефекти ультразвукового перемішування на електрохімічну систему включають:

1. покращення гідродинаміки та масопереносу;
2. вплив на градієнти концентрації та перемикання кінетичних режимів із впливом на механізм і продукти реакції;
3. сонохімічна активація реакцій проміжних частинок, які були згенеровані електрохімічно; та
4. сонохімічне виробництво частинок, які реагують електрохімічно в умовах, де система без ультразвуку не є електрохімічно активною.

Типи забруднення електродів

Забруднення, що виникає внаслідок гідрофільних взаємодій, як правило, є більш оборотним, ніж забруднення, що виникає внаслідок гідрофобних взаємодій. Електроди з більш гідрофобними поверхнями, такі як вуглецеві електроди, можуть сприяти забрудненню, що має гідрофобні компоненти, такі як ароматичні сполуки, насичені або аліфатичні сполуки, або білки. Біологічні макромолекули, такі як білки та інші біологічні матеріали, клітини, фрагменти клітин або ДНК/РНК також можуть спричиняти забруднення поверхні електродів.