Исследователи Корнеллского университета и Городского университета Гонконга рассчитали критический радиус пузырька в щелочном электролизёре: после его превышения дополнительное напряжение, необходимое для расщепления воды, начинает расти экспоненциально. Статья опубликована 9 ноября в EES Catalysis, сообщает Cornell Chronicle.

Пузырьки водорода и кислорода закрывают активные участки электродов, мешают жидкости достигать поверхности и затрудняют перенос заряженных частиц. Чтобы связать эти процессы, команда построила трёхмерную модель, охватывающую восемь порядков длины — от электрохимических реакций меньше нанометра до сантиметрового электролизёра. Новый способ описания самых малых взаимодействий, по расчётам авторов, сократил вычислительные затраты почти в тысячу раз без заметной потери точности.

В модели для одного пузырька главным источником потерь оказалось перекрытие активной площади электрода. Критический радиус зависел от геометрии электрода и смачиваемости поверхности, но не от плотности тока. В некоторых рассчитанных условиях суммарное дополнительное напряжение превышало 50% значения для системы без пузырька. Если пузырёк отрывался раньше критического размера, его вклад в дополнительное напряжение можно было удержать в пределах 3%.

Это пока не готовый рецепт повышения эффективности промышленного электролизёра: работа рассматривает один пузырёк, тогда как в реальном устройстве они растут, сливаются и влияют друг на друга. Практический результат исследования — измеримый критерий для проектирования поверхности электрода: добиваться отрыва пузырьков до того, как их радиус пересечёт рассчитанный порог.