Undgå bobleproblemer:Undersøgelse af forholdet mellem bobler og elektrokemi

Bobler er kendt for at påvirke energi og masseoverførsel i gasudviklende elektroder. Mange elektrokemiske reaktioner producerer gas, der kan føre til bobler, der dannes på reaktionsstedet. Disse bobler kan reducere reaktionseffektiviteten, hvilket fører til energitab. David Fernandez Rivas, og hans samarbejdspartnere ved University of Twente og New York University, offentliggjort forskellige strategier for at afbøde tab eller endda udnytte bobler i journalen Joule .

I artiklen, Fernandez Rivas forklarer, at bobler dannes i masser af store industrielle elektrosynteseprocesser som reduktion af CO ₂ at producere organisk brændstof. Det er et problem i den nuværende tendens til elektrificering af den kemiske industri, fordi bobler reducerer elektrodernes ydeevne. "At øge vores viden om forholdet mellem bobler og elektrokemi vil føre til designretningslinjer for højtydende elektrokemiske reaktorer, som er meget ønskelige i den kemiske industri. "

Bobledannelse

Fernandez Rivas beskriver den nuværende viden om dannelse af bobler:"Bobler dannes typisk på revner og sprækker eller andre mikroskopiske buler i elektrodeoverfladen." (se figur 1). Et eksempel på en sådan overflade, der er egnet til bobledannelse, er kanten af ​​et glas. Når glasset er fyldt med cola - eller anden kulsyreholdig væske - kan du finde, et dejligt 'tog' af bobler, der dannes fra det opløste kuldioxid.

Boblerne på elektroder, imidlertid, kan forhindre, at den ønskede reaktion sker, hvilket betyder, at reaktionens effektivitet reduceres. "En bedre forståelse af dannelsen af ​​bobler kan hjælpe os med at kontrollere deres dannelse og dermed øge effektiviteten af ​​reaktioner", forklarer Fernandez Rivas.

Øget effektivitet

Flere teknikker til at fjerne eller reducere bobler er tilgængelige. En af dem er udviklet i Twente i løbet af det sidste årti gør brug af mikroskopiske konstruerede defekter eller gruber på overfladen af ​​elektroden. Den hydrofobe pit er, hvor bobler foretrækker at dannes (se figur 2). Denne teknik gør det muligt at danne bobler væk fra elektroden aktive overflader.

Dannelsen væk fra elektroden aktive overflader lader tre ting ske. Først, hver ny boble i en serie tager længere tid at vokse. Så øger en kontinuerlig gasproduktion den lokale gasovermætning, hvilket igen faktisk øger boblernes vækstrate. Endelig, vækstraten falder til en stabil vækstrate. Dannelse af bobler væk fra elektroderne kan bruges til at minimere bobleinducerede energitab i elektrokemiske anordninger, som brændselsceller.

Lær mere om bobler

Artiklen, Boblers indflydelse på elektrokemiske reaktorers energiomsætningseffektivitet, blev skrevet af forskere fra Mesoscale Chemical Systems Group ved University of Twente og New York University. Deres arbejde blev støttet af det hollandske center for multiskala katalytisk energiomstilling (MCEC), et NWO Gravitation -program finansieret af Undervisningsministeriet, Kultur og videnskab i den nederlandske regering, og af Swiss National Science Foundation. Resultaterne blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Joule