The effect of buoyancy driven convection on the growth and dissolution of bubbles on electrodes

气泡 对流 浮力 溶解 机械 成核 传质 不稳定性 自然对流 材料科学 热力学 化学 物理 物理化学
作者
Farzan Sepahi,Nakul Pande,Kai Leong Chong,Guido Mul,Roberto Verzicco,Detlef Lohse,Bastian Mei,Dominik Krug
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier]
卷期号:403: 139616-139616 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2021.139616
摘要

Enhancing the efficiency of water electrolysis, which can be severely impacted by the nucleation and growth of bubbles, is key in the energy transition. In this combined experimental and numerical study, in-situ bubble evolution and dissolution processes are imaged and compared to numerical simulations employing the immersed boundary method. We find that it is crucial to include solutal driven natural convection in order to represent the experimentally observed bubble behaviour even though such effects have commonly been neglected in modelling efforts so far. We reveal how the convective patterns depend on current densities and bubble spacings, leading to distinctively different bubble growth and shrinkage dynamics. Bubbles are seen to promote the convective instability if their spacing is large (≥4 mm for the present conditions), whereas the onset of convection is delayed if the inter-bubble distance is smaller. Our approach and our results can help devise efficient mass transfer solutions for gas evolving electrodes.
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