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Bridging Innovations of Phase Change Heat Transfer to Electrochemical Gas Evolution Reactions
Chemical Reviews ( IF 51.4 ) Pub Date : 2024-08-28 , DOI: 10.1021/acs.chemrev.4c00157 Lenan Zhang 1, 2 , Ryuichi Iwata 3 , Zhengmao Lu 4 , Xuanjie Wang 2 , Carlos D Díaz-Marín 2 , Yang Zhong 2
Chemical Reviews ( IF 51.4 ) Pub Date : 2024-08-28 , DOI: 10.1021/acs.chemrev.4c00157 Lenan Zhang 1, 2 , Ryuichi Iwata 3 , Zhengmao Lu 4 , Xuanjie Wang 2 , Carlos D Díaz-Marín 2 , Yang Zhong 2
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Bubbles play a ubiquitous role in electrochemical gas evolution reactions. However, a mechanistic understanding of how bubbles affect the energy efficiency of electrochemical processes remains limited to date, impeding effective approaches to further boost the performance of gas evolution systems. From a perspective of the analogy between heat and mass transfer, bubbles in electrochemical gas evolution reactions exhibit highly similar dynamic behaviors to them in the liquid–vapor phase change. Recent developments of liquid–vapor phase change systems have substantially advanced the fundamental knowledge of bubbles, leading to unprecedented enhancement of heat transfer performance. In this Review, we aim to elucidate a promising opportunity of understanding bubble dynamics in electrochemical gas evolution reactions through a lens of phase change heat transfer. We first provide a background about key parallels between electrochemical gas evolution reactions and phase change heat transfer. Then, we discuss bubble dynamics in gas evolution systems across multiple length scales, with an emphasis on exciting research problems inspired by new insights gained from liquid–vapor phase change systems. Lastly, we review advances in engineered surfaces for manipulating bubbles to enhance heat and mass transfer, providing an outlook on the design of high-performance gas evolving electrodes.
中文翻译：
将相变传热创新与电化学放气反应相结合
气泡在电化学气体析出反应中发挥着普遍的作用。然而，迄今为止，对气泡如何影响电化学过程的能量效率的机械理解仍然有限，阻碍了进一步提高气体析出系统性能的有效方法。从传热与传质类比的角度来看，电化学析气反应中的气泡与液-气相变中的气泡表现出高度相似的动态行为。液-汽相变系统的最新发展极大地推进了气泡的基础知识，导致传热性能空前增强。在这篇综述中，我们的目标是阐明通过相变传热的视角来理解电化学气体析出反应中的气泡动力学的一个有前途的机会。我们首先提供有关电化学气体析出反应和相变传热之间关键相似之处的背景。然后，我们讨论多个长度尺度的气体演化系统中的气泡动力学，重点是受液-气相变系统新见解启发的令人兴奋的研究问题。最后，我们回顾了操纵气泡以增强传热和传质的工程表面的进展，为高性能气体演化电极的设计提供了展望。
更新日期：2024-08-28
中文翻译：
将相变传热创新与电化学放气反应相结合
气泡在电化学气体析出反应中发挥着普遍的作用。然而，迄今为止，对气泡如何影响电化学过程的能量效率的机械理解仍然有限，阻碍了进一步提高气体析出系统性能的有效方法。从传热与传质类比的角度来看，电化学析气反应中的气泡与液-气相变中的气泡表现出高度相似的动态行为。液-汽相变系统的最新发展极大地推进了气泡的基础知识，导致传热性能空前增强。在这篇综述中，我们的目标是阐明通过相变传热的视角来理解电化学气体析出反应中的气泡动力学的一个有前途的机会。我们首先提供有关电化学气体析出反应和相变传热之间关键相似之处的背景。然后，我们讨论多个长度尺度的气体演化系统中的气泡动力学，重点是受液-气相变系统新见解启发的令人兴奋的研究问题。最后，我们回顾了操纵气泡以增强传热和传质的工程表面的进展，为高性能气体演化电极的设计提供了展望。
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