Figura 1. La formazione di bolle sulla superficie di un elettrodo. Credito:Università di Twente
È noto che le bolle influenzano l'energia e il trasferimento di massa negli elettrodi in evoluzione del gas. Molte reazioni elettrochimiche producono gas che può portare alla formazione di bolle nel sito di reazione. Quelle bolle possono ridurre l'efficienza della reazione che porta a perdite di energia. David Fernandez Rivas, e i suoi collaboratori dell'Università di Twente e della New York University, pubblicato diverse strategie per mitigare le perdite o addirittura sfruttare le bolle nella rivista Joule .
Nell'articolo, Fernandez Rivas spiega che le bolle si formano in molti grandi processi di elettrosintesi industriali come la riduzione della CO 2 per produrre combustibili organici. Questo è un problema nell'attuale tendenza all'elettrificazione dell'industria chimica, perché le bolle riducono le prestazioni degli elettrodi. "Aumentare la nostra conoscenza della relazione tra bolle ed elettrochimica porterà a linee guida di progettazione per reattori elettrochimici ad alte prestazioni, che sono altamente desiderabili nell'industria chimica."
Formazione di bolle
Fernandez Rivas descrive l'attuale conoscenza della formazione di bolle:"Le bolle si formano tipicamente su crepe e fessure o altre protuberanze microscopiche nella superficie dell'elettrodo". (vedi figura 1). Un esempio di tale superficie adatta alla formazione di bolle è il bordo di un bicchiere. Quando il bicchiere è pieno di coca cola, o di qualsiasi altro liquido gassato, puoi trovare, un bel "treno" di bolle che si forma dall'anidride carbonica disciolta.
Le bolle sugli elettrodi, però, può impedire che si verifichi la reazione desiderata, il che significa che l'efficienza della reazione è ridotta. "Una migliore comprensione della formazione delle bolle può aiutarci a controllare la loro formazione e quindi aumentare l'efficienza delle reazioni", spiega Fernandez Rivas.
Figura 2. Evoluzione della bolla in una fossa idrofoba. Credito:Università di Twente
Aumento dell'efficienza
Sono disponibili diverse tecniche per rimuovere o ridurre le bolle. Uno dei quali è stato sviluppato a Twente nell'ultimo decennio fa uso di microscopici difetti ingegnerizzati o fossette sulla superficie dell'elettrodo. La fossa idrofoba è il punto in cui si formano le bolle (vedi figura 2). Questa tecnica consente di formare bolle lontano dalle superfici attive dell'elettrodo.
La formazione di distanza dalle superfici attive dell'elettrodo fa accadere tre cose. Primo, ogni nuova bolla di una serie impiega più tempo a crescere. Quindi una produzione continua di gas aumenta la sovrasaturazione locale del gas che a sua volta aumenta effettivamente il tasso di crescita delle bolle. Alla fine, il tasso di crescita si stabilizza su un tasso di crescita costante. La formazione di bolle lontano dagli elettrodi può essere utilizzata per ridurre al minimo le perdite di energia indotte dalle bolle nei dispositivi elettrochimici, come le celle a combustibile.
Scopri di più sulle bolle
L'articolo, Influenza delle bolle sull'efficienza di conversione dell'energia dei reattori elettrochimici, è stato scritto da ricercatori del Mesoscale Chemical Systems Group dell'Università di Twente e della New York University. Il loro lavoro è stato sostenuto dal Centro olandese per la conversione di energia catalitica multiscala (MCEC), un programma NWO Gravitation finanziato dal Ministero della Pubblica Istruzione, Cultura e scienza del governo dei Paesi Bassi, e dal Fondo nazionale svizzero per la scienza. I risultati sono stati pubblicati oggi sulla rivista Joule
