Hoe voorkom je bubble trouble?

Ze publiceerden hun resultaten in het tijdschrift Joule.

Bubbels worden gevormd in tal van grote industriële elektrosyntheseprocessen, zoals de reductie van CO2 om organische brandstoffen te produceren. Dat is een probleem, omdat bellen de prestaties van elektroden verminderen. "Meer kennis creëren over de relatie tussen bellen en elektrochemie zal leiden tot het ontwerpen van richtlijnen voor beter werkende elektrochemische reactoren, die zeer nodig zijn in de chemische industrie", denkt Rivas.

Bellen vormen zich meestal op scheuren en spleten of andere microscopische hobbels in het elektrodeoppervlak (zie figuur 1). Een voorbeeld van zo’n oppervlak dat geschikt is voor de vorming van luchtbellen 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 het opgeloste koolstofdioxide. De bellen op de elektroden kunnen echter de gewenste reactie tegenhouden, waardoor de efficiëntie van de reactie wordt verminderd.

Figuur 1 De vorming van belletjes op het oppervlak van een elektrode

Verhoging van de efficiëntie

Er zijn verschillende technieken beschikbaar om bubbels te verwijderen of te verminderen. Eén daarvan is in de afgelopen tien jaar ontwikkeld 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 (zie figuur 2). Deze techniek maakt het mogelijk om luchtbellen op een afstand van de actieve oppervlakten van electroden te vormen.

Figuur 2 Evolutie van de luchtbellen in een hydrofobe put

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.