来源：杏彩体育招商 发布时间：2025-06-26 11:04:51
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盖世汽车讯 工业电化学工艺使用电极来生产燃料和化学产品，但上面形成的气泡会使这一过程受到阻碍。这些气泡会堵塞部分电极表面，由此减少活性反应区域，据认为可能使电极的性能降低10%-25%。
但是，新研究揭示了几十年来人们对这种干扰程度的误解。这些发现准确地展示了阻塞效应是如何起作用的，有望实现新的电极表面设计方法，以在普遍的使用的电化学过程中充分避免效率降低。
长期以来，人们一直认为，每个气泡所遮蔽的电极区域完全被有效地抑制活性。但事实上，只有很小区域（大约是气泡实际接触表面的区域）的电化学活性受到抑制。这一新见解可能有助于直接实现新的表面图案化方法，以最大限度地减少接触面积并提升整体效率。
据外媒报道，麻省理工学院（MIT）等机构的研究团队提供了一个基于AI（AI）的开源软件工具。现在，工程师们可通过该工具来自动识别和量化在给定表面上形成的气泡，而这是控制电极材料特性的第一步。
析气电极（Gas-evolving electrodes）往往通过催化表面来促进化学反应，被大范围的使用在各种工艺，包括绿色制氢（不使用化石燃料）、碳收集工艺（能够大大减少温室气体排放）、铝生产，以及氯碱工艺（用来制造普遍的使用的化学产品）。这些工艺非常普遍。随着全球致力于实现温室气体减排目标，未来几年碳收集和制氢工艺可能快速地发展。现在，新发现可能带来真正的改变。
MIT机械工程教授Kripa Varanasi表示：“这项工作表明，对电极上的气泡接触和生长进行设计，可以对气泡形成和离开表面的方式产生巨大影响。了解到气泡下的区域可能非常活跃，这带来了一套新的高性能电极设计规则，以避免气泡产生有害影响。”
MIT研究生Simon Rufer表示：“以往文献表明，不仅是小的接触区域，而且气泡下的整个区域都被钝化了。”这项新研究揭示了“两种模式之间的明显差异，它改变了开发和设计电极的方式，以最好能够降低这些损失”。
为了测试和证明这种效应所产生的影响，该团队制作了不同版本的电极表面，这些电极表面具有点状图案，可以成核和捕获不一样的尺寸和间距的气泡。研究人员能够证明，具有宽间距点状团的表面能形成较大的气泡，但表面接触面积很小，这有助于确定气泡覆盖的预期影响和实际影响之间的差异。Rufer表示：“开发用于检测和量化气泡形成的软件对于团队分析来说是必要的。 我们大家都希望收集大量数据，观察大量不同的电极、不同的反应和不同的气泡，它们看起来都有些不同。”创建一个程序以处理不同的材料和不同照明，并可靠地识别和跟踪气泡，这是一个棘手的过程，而机器学习是让它发挥作用的关键。
使用这个工具，研究人员能够收集“关于表面上气泡的大量数据，它们在哪里、有多大，以及生长速度有多快，所有这些不同的东西。”现在，所有人都能够最终靠GitHub存储库免费使用该工具。
通过使用该工具，将关于气泡形成和演变的视觉测量与电极性能的电学测量联系起来，研究人员有能力反驳公认的理论，并表明只有非间接接触的区域受一定的影响。视频进一步证明了这一点，揭示了新气泡直接在大气泡下面部分区域的积极演变。
研究人员开发了一种非常通用的方法，可用于表征和了解气泡对各种电极或催化剂表面的影响。他们可以用一种新的性能指标来量化气泡钝化效应，这种指标名为BECSA（气泡诱导电化学活性表面），而不是在现场使用的ECSA（电化学活性表面积）。Varanasi表示：“BECSA指标是我们在早期研究中定义的一个概念，但在这项工作之前没有有效的评估方法。”
气泡下方区域有着非常明显的活跃性，这一事实带来了一套新的高性能电极设计规则。这在某种程度上预示着电极设计者应寻求充分减少气泡接触面积，而不单单是气泡覆盖面积，这能够最终靠控制电极的形态和化学性质来实现。设计控制气泡的表面，不但可以提高工艺的整体效率，由此减少能源使用，还能节约前期材料成本。许多析气电极都涂有由铂或铱等贵金属制成的催化剂，这项研究成果可用于设计电极，以减少因气泡阻碍反应而浪费材料。
Varanasi表示，这项研究的见解有助于实现新的电极结构，不但可以减少使用昂贵的材料，还可提升电解器的整体性能，二者均将带来大规模的环境效益。
