Ontstaan bellen voorkomen bij elektrochemische reacties

De Universiteit Twente en New York University hebben verschillende strategieën ontwikkeld om verliezen te beperken ten gevolge van bellen bij reacties, of juist deze bellen te exploiteren.

Trefwoorden: #bellen, #brandstofcellen, #CO2, #David Fernandez Rivas, #elektrochemische reacties, #elektrode, #gasproductie, #hydrofoob, #koolstofdioxide, #microscopisch, #New York University, #synthese, #UTwente

Lees verder

research

( Foto: UTwente )

ENGINEERINGNET.BE - Bubbels worden gevormd in tal van grote industriële elektrosyntheseprocessen, zoals de reductie van CO2 om organische brandstoffen te produceren. Dat is een probleem in de huidige trend van elektrificatie van de chemische industrie, omdat bellen de prestaties van elektroden verminderen.

"Meer kennis creëren over de relatie tussen bellen en elektrochemie leidt tot het ontwerpen van richtlijnen voor beter werkende elektrochemische reactoren, die zeer nodig zijn in de chemische industrie", aldus David Fernandez Rivas, onderzoeker bij de Nederlandse Universiteit Twente.

"Bellen vormen zich meestal op scheuren en spleten of andere microscopische hobbels in het elektrodeoppervlak." Een voorbeeld van zo'n oppervlak zijn de randen van een glas. Als het glas gevuld is met cola - of een andere koolzuurhoudende vloeistof - vind je een mooie 'trein' van belletjes die gevormd worden uit de opgeloste koolstofdioxide.

De bellen op de elektroden kunnen echter de gewenste reactie tegenhouden, waardoor de efficiëntie van de reactie wordt verminderd. Er zijn verschillende technieken beschikbaar om bubbels te verwijderen of te verminderen.

Eén daarvan is in de afgelopen tien jaar in Twente. Daarbij wordt gebruik gemaakt van microscopische defecten of putjes die aan het oppervlak van de elektrode worden gemaakt. De bellen vormen zich bij voorkeur in de hydrofobe put. Deze techniek maakt het mogelijk om luchtbellen op een afstand van de actieve oppervlakten van elektroden te vormen.

Door de bellen op een kleine afstand van de actieve oppervlakken te vormen, gebeuren er drie dingen. Ten eerste duurt het langer om elke nieuwe luchtbel in een reeks te laten groeien. Dan verhoogt een continue gasproductie de lokale gasoververzadiging, waardoor de groeisnelheid van de belletjes juist toeneemt.

Uiteindelijk stijgt de groeisnelheid naar een constante groeisnelheid. De vorming van bellen op een afstand van de elektroden kan worden gebruikt om het energieverlies door bellen in elektrochemische apparaten, zoals brandstofcellen, te minimaliseren.