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필터압력 반응기의 비밀: 산업용 전기화학의 핵심기술은 무엇인가?
전기화학공학은 화학공학의 한 분야로서 화학합성, 금속 추출 및 정제, 플로우 배터리, 연료전지 등을 포함한 전기화학 현상의 기술적 응용에 중점을 두고 있습니다. IUPAC의 정의에 따르면 전기화학 공학이라는 용어는 특히 산업 또는 에너지 저장 응용 분야에서 많은 양의 전기 에너지가 필요한 프로세스를 의미하며 응용 전기화학과는 다르며 소형 배터리, 전류 측정 센서 및 미세 유체 장치가 포함됩니다.
미국에서는 대규모 전기화학 사업이 전력 소비의 6% 이상을 차지합니다.
전기화학공학의 범위
이 분야는 전극/전해질 계면에서의 이종 전하 이동 연구와 실용적인 재료 및 공정 개발을 결합합니다. 동시에 전극 재료와 산화환원 물질의 동역학 분석도 포함됩니다. 기술발전을 이루기 위해서는 전기화학반응기의 전위와 전류분포, 대규모 수송조건, 유체역학 등의 연구는 물론 반응수율, 변환효율, 에너지효율 등 전반적인 성능에 대한 정량적 평가가 특히 중요하다.
역사적 발전
전기화학공학의 형성과정은 점진적이며, 특히 19세기 중반에 전력원이 출현한 이후에는 화학공학의 발전을 동반한다. 1833년에 마이클 패러데이(Michael Faraday)는 전하량과 변환된 질량 사이의 관계를 명확히 하는 전기분해 법칙을 처음으로 설명했습니다. 1886년 찰스 마틴 홀(Charles Martin Hall)이 광석에서 알루미늄을 추출하는 값싼 전기분해 공정을 발명함으로써 대규모 전기화학 산업이 실현되었습니다.
Hamilton Kastner는 이후 알루미늄 제조 공정을 개선하고 대형 수은 전지에서 알칼리 전기분해를 통해 염소 가스와 수산화나트륨을 생산하는 방법을 발명하여 효과적으로 염소 산업을 창출했습니다.
전기화학공학의 응용
전기화학공학은 공업용수 전기분해, 전해합성, 전기도금, 연료전지, 플로우 배터리, 산업폐수 오염제거 등 광범위한 응용 분야를 갖고 있습니다. 그 중 염소공정은 전기분해를 기반으로 하는 대표적인 공정으로 수산화나트륨과 염소 제조에 주로 사용된다. 전기분해에 의해 생성될 수 있는 다른 무기 화학물질도 많이 있습니다.
전망
현재 전기화학공학의 주요 임무는 화학물질 생산, 금속 재활용, 정화 및 오염 제거 기술은 물론 연료 전지, 플로우 배터리 및 산업용 전기화학 반응기 설계를 위한 효율적이고 안전하며 지속 가능한 기술을 개발하는 것입니다.
전기화학공학의 미래는 우리의 생활방식과 산업 발전에 어떤 영향을 미치게 될까요?
