Figura 1. La formación de burbujas en la superficie de un electrodo. Crédito:Universidad de Twente
Se sabe que las burbujas influyen en la transferencia de energía y masa en los electrodos generadores de gas. Muchas reacciones electroquímicas producen gas que puede provocar la formación de burbujas en el lugar de la reacción. Esas burbujas pueden reducir la eficiencia de la reacción, lo que conduce a pérdidas de energía. David Fernández Rivas, y sus colaboradores de la Universidad de Twente y la Universidad de Nueva York, publicó diferentes estrategias para mitigar pérdidas o incluso explotar burbujas en la revista Joule .
En el artículo, Fernández Rivas explica que las burbujas se forman en muchos grandes procesos industriales de electrosíntesis como la reducción de CO 2 para producir combustibles orgánicos. Ese es un problema en la tendencia actual de electrificación de la industria química, porque las burbujas disminuyen el rendimiento de los electrodos. "Aumentar nuestro conocimiento de la relación entre burbujas y electroquímica conducirá a pautas de diseño para reactores electroquímicos de alto rendimiento, que son muy deseables en la industria química ".
Formación de burbujas
Fernández Rivas describe el conocimiento actual de la formación de burbujas:"Las burbujas se forman típicamente en grietas y hendiduras u otras protuberancias microscópicas en la superficie del electrodo". (ver figura 1). Un ejemplo de tal superficie adecuada para la formación de burbujas es el borde de un vaso. Cuando el vaso está lleno de cola, o cualquier otro líquido carbonatado, puede encontrar, un bonito 'tren' de burbujas que se forma a partir del dióxido de carbono disuelto.
Las burbujas en los electrodos, sin embargo, puede evitar que suceda la reacción deseada, lo que significa que la eficiencia de la reacción se reduce. "Una mejor comprensión de la formación de burbujas puede ayudarnos a controlar su formación y así aumentar la eficiencia de las reacciones", explica Fernández Rivas.
Figura 2. Evolución de la burbuja en un pozo hidrofóbico. Crédito:Universidad de Twente
Aumento de la eficiencia
Se encuentran disponibles varias técnicas para eliminar o reducir las burbujas. Uno de los cuales se ha desarrollado en Twente durante la última década hace uso de defectos o picaduras microscópicas en la superficie del electrodo. El pozo hidrofóbico es donde prefieren formarse las burbujas (ver figura 2). Esta técnica permite formar burbujas lejos de las superficies activas de los electrodos.
La formación lejos de las superficies activas del electrodo permite que sucedan tres cosas. Primero, cada nueva burbuja de una serie tarda más en crecer. Entonces, una producción continua de gas aumenta la sobresaturación de gas local, lo que a su vez aumenta la tasa de crecimiento de las burbujas. Al final, la tasa de crecimiento se estabiliza a una tasa de crecimiento constante. La formación de burbujas lejos de los electrodos se puede utilizar para minimizar las pérdidas de energía inducidas por burbujas en dispositivos electroquímicos. como las pilas de combustible.
Más información sobre las burbujas
El artículo, Influencia de las burbujas en la eficiencia de conversión de energía de los reactores electroquímicos, fue escrito por investigadores del Grupo de Sistemas Químicos de Mesoescala de la Universidad de Twente y la Universidad de Nueva York. Su trabajo fue apoyado por el Centro Holandés de Conversión de Energía Catalítica Multiescala (MCEC), un programa NWO Gravitation financiado por el Ministerio de Educación, Cultura y ciencia del gobierno de los Países Bajos, y por la Swiss National Science Foundation. Los resultados se publicaron hoy en la revista Joule
