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電化學工程的秘密：如何利用電力生產化學品？
在眾多科研與產業領域中，電化學工程無疑展現了其獨特且不可或缺的地位。這一工程分支專注於電化學現象的技術應用，如化學品的電合成、金屬的選擇性萃取與精煉、燃料電池及流動電池的開發以及表面改性等。根據國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）的定義，電化學工程主要集中在對於能源儲存和工業應用的電力密集型過程，這使得其與較小規模的應用電化學實驗有明顯區隔。
“超過 6% 的電力在美國被大型電化學運作所消耗。”
電化學工程的範疇
電化學工程不僅包括對電極/電解液界面的異相電荷轉移的研究，還涵蓋了實際材料和工藝的開發。它的根本觀點包括電極材料及氧化還原物質的動力學。此外，這項技術的發展需要研究電化學反應器的電位和電流分佈、質量傳輸條件以及其整體性能的量化，這些都相對於反應產率、轉化效率和能量效率等參數。
在工業開發中，電化學工程需要進一步的反應器和工藝設計、製造方法、測試和產品開發來獲得期望的產物。
“大多數電化學操作都是在具有平行板電極的過濾壓反應器中進行的，或在旋轉圓柱電極的攪拌槽中進行。”
歷史回顧
這一工程分支的出現可追溯至19世紀中葉，隨著電源的普及而逐漸演變。麥可·法拉第在1833年首次描述了電解法則，將電量和質量的轉換關係清楚地表達出來。1886年，查爾斯·馬丁·哈爾開發了一種廉價的電化學過程，以從其礦石中提取鋁，這成為了第一個真正的大規模電化學行業。
隨後，哈密頓·卡斯特納改進了鋁的生產過程，他與卡爾·凱爾納於1892年共同創立了氯堿工業，利用電解法生產氯和苛性鈉。很快，保羅·L·霍林於次年在法國申請了過濾壓電化學電池的專利，這一技術為以後的電化學發展奠定了基礎。
電化學工程的應用
當今，電化學工程廣泛應用於工業水電解、電合成、電鍍、燃料電池以及流動電池等多方面。其最主要的電解過程例子包括氯堿工藝，该工艺在生產氫氧化鈉和氯的過程中，充分展示了電化學的應用潛力。
“當前，電化學工程的主要任務包括開發高效、安全和可持續的化學品生產技術。”
隨著科技的發展，電化學工程的範疇不斷擴大，涵蓋了金屬回收、環境修復技術、燃料电池和流動電池的設計等多個領域。未來在這一領域的進一步研究，將可能為越來越多的產業解決可持續性和環保挑戰提供新的解決方案。
然而，我們不禁發問，隨著未來化學品生產方式的不斷革新，電化學工程是否會成為推動綠色化學和可持續發展的關鍵力量？
