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电化学工程的秘密：如何利用电力生产化学品？
在众多科研与产业领域中，电化学工程无疑展现了其独特且不可或缺的地位。这一工程分支专注于电化学现象的技术应用，如化学品的电合成、金属的选择性萃取与精炼、燃料电池及流动电池的开发以及表面改性等。根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的定义，电化学工程主要集中在对于能源储存和工业应用的电力密集型过程，这使得其与较小规模的应用电化学实验有明显区隔。
“超过 6% 的电力在美国被大型电化学运作所消耗。”
电化学工程的范畴
电化学工程不仅包括对电极/电解液界面的异相电荷转移的研究，还涵盖了实际材料和工艺的开发。它的根本观点包括电极材料及氧化还原物质的动力学。此外，这项技术的发展需要研究电化学反应器的电位和电流分布、质量传输条件以及其整体性能的量化，这些都相对于反应产率、转化效率和能量效率等参数。
在工业开发中，电化学工程需要进一步的反应器和工艺设计、制造方法、测试和产品开发来获得期望的产物。
“大多数电化学操作都是在具有平行板电极的过滤压反应器中进行的，或在旋转圆柱电极的搅拌槽中进行。”
历史回顾
这一工程分支的出现可追溯至19世纪中叶，随着电源的普及而逐渐演变。麦可·法拉第在1833年首次描述了电解法则，将电量和质量的转换关系清楚地表达出来。 1886年，查尔斯·马丁·哈尔开发了一种廉价的电化学过程，以从其矿石中提取铝，这成为了第一个真正的大规模电化学行业。
随后，哈密顿·卡斯特纳改进了铝的生产过程，他与卡尔·凯尔纳于1892年共同创立了氯堿工业，利用电解法生产氯和苛性钠。很快，保罗·L·霍林于次年在法国申请了过滤压电化学电池的专利，这一技术为以后的电化学发展奠定了基础。
电化学工程的应用
当今，电化学工程广泛应用于工业水电解、电合成、电镀、燃料电池以及流动电池等多方面。其最主要的电解过程例子包括氯堿工艺，该工艺在生产氢氧化钠和氯的过程中，充分展示了电化学的应用潜力。
“当前，电化学工程的主要任务包括开发高效、安全和可持续的化学品生产技术。”
随着科技的发展，电化学工程的范畴不断扩大，涵盖了金属回收、环境修复技术、燃料电池和流动电池的设计等多个领域。未来在这一领域的进一步研究，将可能为越来越多的产业解决可持续性和环保挑战提供新的解决方案。
然而，我们不禁发问，随着未来化学品生产方式的不断革新，电化学工程是否会成为推动绿色化学和可持续发展的关键力量？
