Magnetische Beeinflussung von Stofftransport und Konvektion in elektrochemischen Prozessen
Magnetfelder können die Stofftransportbedingungen in elektrochemischen Prozessen beeinflussen. Das kann u. a. dazu genutzt werden, die Effizienz oder die Raum-Zeit-Ausbeute zu erhöhen bzw. galvanische abgeschiedener Schichten zu strukturieren.
Motivation
- die Lorentzkraft kann zur Strömungskontrolle den prozessinhärenten Strom nutzen
- die magnetische Gradientenkraft wirkt auf para- oder diamagnetische Elektrolyte
- die Beeinflussung durch Magnetfelder erfolgt kontaktlos
Forschungsfelder
- detailiertes Verständnis der Wechselwirkung von elektromagnetischer Beeinflussung, Konvektion und Stofftransport
- Erhöhung des Grenzstroms (Raum-Zeit-Ausbeute= bei der Kupferraffination
- Verbesserung der Gleichförmigkeit galvanischer Noederschläge um Energie und Material zu sparen
- Strukturierung von aus para- oder diamagnetischen Elektrolyten galvanisch abgeschiedenen Schichten durch Nutzung der magnetischen Gradientenkraft
- Gasentwicklung unter dem Einfluss magnetischer Felder um zur Effizienzerhöhung oder Verbesserung der Beschichtungsqualität (Einzelheiten)
Methoden
- Laborexperimente, Visualisierung der Elektrolytströmung und Konzentrationsverteilung
- Numerische Modellierung und Simulation
Ausgewählte Veröffentlichungen
- G. Mutschke: Magnetic Control of Flow and Mass Transfer in Weakly Conducting Fluids; In: B. Doudin et al. (eds.) Magnetic Microhydrodynamics, Topics in Applied Physics 120 (2024) 23-31. 10.1007/978-3-031-58376-6_3
- J. Massing, G. Mutschke, D. Baczyzmalski, S.S. Hossain, X. Yang, K. Eckert, C. Cierpka: Thermocapillary convection during hydrogen evolution at microelectrodes; Electrochimica Acta 297 (2019) 929-940. 10.1016/j.electacta.2018.11.187
- X. Yang, D. Baczyzmalski, C. Cierpka , G. Mutschke, K. Eckert; Marangoni convection at electrogenerated hydrogen bubbles; Phys. Chem. Chem. Phys. 20 (2018) 11542-11548. 10.1039/C8CP01050A
- D. Baczyzmalski, F. Karnbach, G. Mutschke, X. Yang, K. Eckert, M. Uhlemann, C. Cierpka, Growth and detachment of single hydrogen bubbles in a magnetohydrodynamic shear flow, Physical Review Fluids, 2, 093701 (2017). 10.1103/PhysRevFluids.2.093701
- G. Mutschke, D. Baczyzmalski, C. Cierpka, F. Karnbach, M. Uhlemann, X. Yang, K. Eckert, J. Fröhlich, Numerical simulation of mass transfer and convection near a hydrogen bubble during water electrolysis in a magnetic field, Magnetohydrodynamics, 53, 193-200 (2017). 2017/1/MG.53.1.20.R
- T. Weier, D. Baczyzmalski, J. Massing, S. Landgraf, C. Cierpka, The effect of a Lorentz-force-driven rotating flow on the detachment of gas bubbles from the electrode surface, International Journal of Hydrogen Energy 42(2017)33, 20923-20933. 10.1016/j.ijhydene.2017.07.034
- F. Karnbach, X. Yang, G. Mutschke, J. Fröhlich, J. Eckert, A. Gebert, K. Tschulik, K. Eckert, M. Uhlemann, Interplay of the Open Circuit Potential-Relaxation and the Dissolution Behavior of a Single H2 Bubble Generated at a Pt Microelectrode, The Journal of Physical Chemistry C, 120, 15137-15146 (2016). 10.1021/acs.jpcc.6b02305
- D. Baczyzmalski, F. Karnbach, X. Yang, G. Mutschke, M. Uhlemann, K. Eckert, C. Cierpka, On the electrolyte convection around a hydrogen bubble evolving at a microelectrode under the influence of a magnetic field, J. Electrochem. Soc. 163 (2016) 9, E248-E257. 10.1149/2.0381609jes
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- T. Weier, J. Hüller, G. Gerbeth, F.-P. Weiss, Lorentz force influence on momentum and mass transfer in natural convection copper electrolysis, Chem. Eng. Sci. 60(1) (2005) 293-298. 10.1016/j.ces.2004.07.060
- T. Weier, J. Hüller, G. Gerbeth, Magnetic Field Influence on Electrochemical Processes, Ann. Rep. 2001 Inst. Safety Research (2002) 81-85 WTB FZR-342