Bubblor är kända för att påverka energi och massöverföring i gasutvecklande elektroder. Många elektrokemiska reaktioner producerar gas som kan leda till att bubblor bildas vid reaktionsstället. Dessa bubblor kan minska reaktionens effektivitet, vilket leder till energiförluster. David Fernandez Rivas, och hans medarbetare vid University of Twente och New York University, publicerade olika strategier för att mildra förluster eller till och med utnyttja bubblor i tidskriften Joule .

I artikeln, Fernandez Rivas förklarar att bubblor bildas i många stora industriella elektrosyntesprocesser som reduktion av CO ₂ att producera organiska bränslen. Det är ett problem i den nuvarande trenden med elektrifiering av den kemiska industrin, eftersom bubblor minskar elektrodernas prestanda. "Att öka vår kunskap om förhållandet mellan bubblor och elektrokemi kommer att leda till designriktlinjer för högpresterande elektrokemiska reaktorer, som är mycket önskvärda inom den kemiska industrin."

Bubbelbildning

Fernandez Rivas beskriver den nuvarande kunskapen om bildandet av bubblor:"Bubblor bildas typiskt på sprickor och sprickor eller andra mikroskopiska stötar i elektrodytan." (se figur 1). Ett exempel på en sådan yta lämplig för bubbelbildning är kanten på ett glas. När glaset är fyllt med cola – eller någon annan kolsyrad vätska – kan du hitta, ett fint "tåg" av bubblor som bildas av den lösta koldioxiden.

Bubblorna på elektroderna, dock, kan förhindra att den önskade reaktionen inträffar, vilket innebär att reaktionens effektivitet reduceras. "En bättre förståelse för bildandet av bubblor kan hjälpa oss att kontrollera deras bildning och därmed öka effektiviteten av reaktioner", förklarar Fernandez Rivas.

Ökad effektivitet

Det finns flera tekniker för att ta bort eller minska bubblor. En som har utvecklats i Twente under det senaste decenniet använder sig av mikroskopiska tekniska defekter eller gropar på ytan av elektroden. Den hydrofoba gropen är där bubblor föredrar att bildas (se figur 2). Denna teknik gör det möjligt att bilda bubblor bort från elektrodens aktiva ytor.

Bildningen bort från elektrodens aktiva ytor låter tre saker hända. Först, varje ny bubbla i en serie tar längre tid att växa. Då ökar en kontinuerlig gasproduktion den lokala gasövermättnaden vilket i sin tur faktiskt ökar bubblornas tillväxthastighet. Äntligen, tillväxttakten planar ut till en stadig tillväxttakt. Bildandet av bubblor bort från elektroderna kan användas för att minimera bubbelinducerade energiförluster i elektrokemiska anordningar, som bränsleceller.

Lär dig mer om bubblor

Artikeln, Bubblors inverkan på energiomvandlingseffektiviteten hos elektrokemiska reaktorer, skrevs av forskare från Mesoscale Chemical Systems Group vid University of Twente och New York University. Deras arbete stöddes av Dutch Centre for Multiscale Catalytic Energy Conversion (MCEC), ett NWO-gravitationsprogram finansierat av utbildningsministeriet, Nederländernas regerings kultur och vetenskap, och av Swiss National Science Foundation. Resultaten publicerades idag i tidskriften Joule