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Le secret du réacteur à filtre-pression : quelle est la technologie de base de l'électrochimie industrielle ?
L'ingénierie électrochimique, en tant que branche du génie chimique, se concentre sur les applications technologiques des phénomènes électrochimiques, notamment la synthèse chimique, l'extraction et le raffinage des métaux, les batteries à flux et les piles à combustible. Selon la définition de l'IUPAC, le terme « génie électrochimique » fait spécifiquement référence aux processus qui nécessitent de grandes quantités d'énergie électrique dans les applications industrielles ou de stockage d'énergie, et est différent de l'électrochimie appliquée, qui comprend les petites batteries, les capteurs d'ampèremètre et les dispositifs microfluidiques.
Les opérations électrochimiques à grande échelle représentent plus de 6 % de la consommation d’électricité aux États-Unis.
Portée de l'ingénierie électrochimique
Ce domaine combine l’étude du transfert de charge hétérogène aux interfaces électrode/électrolyte avec le développement de matériaux et de procédés pratiques. Parallèlement, il comprend également l’analyse cinétique des matériaux d’électrodes et des substances redox. Afin de parvenir au développement technologique, l'étude des réacteurs électrochimiques est particulièrement importante, y compris des facteurs tels que leur distribution de potentiel et de courant, les conditions de transport à grande échelle et la mécanique des fluides, ainsi que l'évaluation quantitative des performances globales, telles que le rendement de réaction, l'efficacité de conversion et l'efficacité énergétique.
Histoire
L'ingénierie électrochimique est apparue progressivement, parallèlement au développement de l'ingénierie chimique, en particulier après l'émergence des sources d'énergie électrique au milieu du XIXe siècle. En 1833, Michael Faraday décrit pour la première fois les lois de l'électrolyse, clarifiant la relation entre la quantité de charge électrique et la masse convertie. L'invention d'un procédé électrolytique bon marché pour extraire l'aluminium du minerai par Charles Martin Hall en 1886 a marqué le début d'une industrie électrochimique à grande échelle.
Hamilton Kastner a ensuite amélioré le processus de fabrication de l'aluminium et a inventé la production de chlore et d'hydroxyde de sodium par électrolyse à la lessive dans de grandes batteries au mercure, créant ainsi l'industrie du chlore et de la soude.
Applications de l'ingénierie électrochimique
L'ingénierie électrochimique a un large éventail d'applications, notamment l'électrolyse de l'eau industrielle, la synthèse électrolytique, la galvanoplastie, les piles à combustible, les batteries à flux et la décontamination des eaux usées industrielles. Parmi eux, le procédé chlore-alcali est un procédé typique basé sur l'électrolyse, principalement utilisé pour la production d'hydroxyde de sodium et de chlore. Il existe de nombreux autres produits chimiques inorganiques qui peuvent être produits par électrolyse.
Perspectives
Actuellement, les principales tâches de l'ingénierie électrochimique sont le développement de technologies efficaces, sûres et durables pour la production de produits chimiques, la récupération des métaux, les technologies d'assainissement et de décontamination, ainsi que la conception de piles à combustible, de batteries à flux et de réacteurs électrochimiques industriels.
Comment l’avenir de l’ingénierie électrochimique affectera-t-il notre mode de vie et notre développement industriel ?
