Figura 1. Formação de bolhas na superfície de um eletrodo. Crédito:University of Twente
As bolhas são conhecidas por influenciar a transferência de energia e massa em eletrodos de evolução de gás. Muitas reações eletroquímicas produzem gás que pode levar à formação de bolhas no local da reação. Essas bolhas podem reduzir a eficiência da reação, o que leva a perdas de energia. David Fernandez Rivas, e seus colaboradores da University of Twente e da New York University, publicou diferentes estratégias para mitigar perdas ou mesmo explorar bolhas no jornal Joule .
No artigo, Fernandez Rivas explica que bolhas são formadas em muitos processos de eletrossíntese industrial de grande porte, como a redução de CO 2 para produzir combustíveis orgânicos. Esse é um problema na tendência atual de eletrificação da indústria química, porque as bolhas diminuem o desempenho dos eletrodos. "Aumentar nosso conhecimento da relação entre bolhas e eletroquímica levará a diretrizes de projeto para reatores eletroquímicos de alto desempenho, que são altamente desejáveis na indústria química. "
Formação de bolha
Fernandez Rivas descreve o conhecimento atual sobre a formação de bolhas:"As bolhas normalmente se formam em rachaduras e fendas ou outras saliências microscópicas na superfície do eletrodo." (veja a figura 1). Um exemplo de tal superfície adequada para a formação de bolhas é a borda de um vidro. Quando o copo está cheio de cola - ou qualquer outro líquido carbonatado - você pode encontrar, uma bela 'sucessão' de bolhas sendo formada a partir do dióxido de carbono dissolvido.
As bolhas nos eletrodos, Contudo, pode evitar que a reação desejada aconteça, o que significa que a eficiência da reação é reduzida. “Um melhor entendimento da formação das bolhas pode nos ajudar a controlar sua formação e, assim, aumentar a eficiência das reações”, explica Fernandez Rivas.
Figura 2. Evolução da bolha em um fosso hidrofóbico. Crédito:University of Twente
Aumentando a eficiência
Várias técnicas para remover ou reduzir bolhas estão disponíveis. Um dos quais foi desenvolvido em Twente na última década faz uso de defeitos microscópicos de engenharia ou cavidades na superfície do eletrodo. O fosso hidrofóbico é onde as bolhas preferem se formar (veja a figura 2). Esta técnica possibilita a formação de bolhas longe das superfícies ativas do eletrodo.
A formação longe das superfícies ativas do eletrodo permite que três coisas aconteçam. Primeiro, cada nova bolha em uma série leva mais tempo para crescer. Então, uma produção contínua de gás aumenta a supersaturação local de gás que, por sua vez, na verdade aumenta a taxa de crescimento das bolhas. Afinal, a taxa de crescimento estabiliza para uma taxa de crescimento constante. A formação de bolhas longe dos eletrodos pode ser usada para minimizar as perdas de energia induzidas por bolhas em dispositivos eletroquímicos, como células de combustível.
Saiba mais sobre bolhas
O artigo, Influência de bolhas na eficiência de conversão de energia de reatores eletroquímicos, foi escrito por pesquisadores do Mesoscale Chemical Systems Group da University of Twente e da New York University. Seu trabalho foi apoiado pelo Centro Holandês para Conversão de Energia Catalítica Multiescala (MCEC), um programa de Gravitação da NWO financiado pelo Ministério da Educação, Cultura e Ciência do governo da Holanda, e pela Swiss National Science Foundation. Os resultados foram publicados hoje na revista. Joule
