Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
La base d’un réacteur électrochimique est une cellule constituée des électrodes dont la nature, la forme, la position, l’état de surface impactent grandement le rendement énergétique global. Ces deux conducteurs de courant plongent dans un électrolyte, aux bornes de cet ensemble est appliquée une différence de potentiel. D’autres facteurs influent sur la sélectivité des réactions électrochimiques, notamment le contrôle de la composition, de la concentration, de la température et du pH de l’électrolyte. Cet article traite non seulement des paramètres physiques des cellules d’électrolyse, des différentes composantes de la tension, du bilan énergétique, mais aussi de l’analyse de risque de ce procédé en milieu industriel.
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The basis of an electrochemical reactor is a cell that consists of electrodes whose nature, shape, position, and surface condition significantly impact the overall energy efficiency. These two current conductors are immersed in an electrolyte; a difference in potential is applied to the terminals of the assembly. Other factors influence the selectivity of electrochemical reactions, including the control of the composition, the concentration, the temperature and the pH of the electrolyte. This article not only discusses the physical parameters of electrolysis cells; the various voltage components, the energy balance, but also the risk analysis of this process within an industrial environment.
Auteur(s)
-
Jean-Christophe MILLET : Responsable procédé chlore-soude, Arkema France
INTRODUCTION
Le système constitué des électrodes, des électrolytes avec leur domaine de fonctionnement – et éventuellement des diaphragmes ou membranes – constitue le fondement du réacteur électrochimique.
Pour plus d'informations théoriques sur les réacteurs électrochimiques et pour les notations et symboles, on se reportera à l'article [J 4 802] dans le même traité.
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Sécurité en électrolyse industrielle : analyse des risques
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6. Électrodes
6.1 Généralités
Le développement des électrodes a reposé sur les deux axes suivants :
-
réduire les surtensions électrochimiques par utilisation d'électrocatalyseurs ;
-
réduire la chute ohmique entre les électrodes, due à la présence de bulles de gaz, par utilisation d'électrodes à structure à volets permettant d'évacuer ces bulles à l'arrière de l'espace interpolaire.
6.2 Anodes
L'utilisation d'oxyde de métaux précieux (ruthénium, iridium, platine...) pour activer l'oxydation des ions chlorure en chlore est connue depuis les années 1970, et mis en œuvre dans toutes les technologies d'électrolyses avec succès depuis plus de trente ans.
En effet, en plus de la faible surtension (quelques dizaines de millivolts), ces oxydes déposés sur une structure en titane ont permis de concevoir des anodes non consommables (appelées DSA : Dimensionally Stable Anodes ) contrairement au graphite utilisé jusqu'alors, avec des durées de vie très élevées (entre 4 et 10 ans, suivant la densité de courant opératoire).
À la fin de cette période, on peut, soit complètement remplacer l'anode, soit refaire le revêtement, soit souder, sur l'anode existante, un fin grillage activé.
Dans le cas des oxydes, les revêtements anodiques sont obtenus par traitement thermique à des températures de l'ordre de 250-450 oC sous air de sels de métaux précieux (chlorure ou nitrate) déposés sur le substrat en titane.
La seule voie de développement (non encore exploitée) pour les anodes pourrait être de remplacer les métaux précieux, qui ont subi ces dernières années une inflation record, par des métaux moins nobles.
HAUT DE PAGE6.3 Cathodes
Depuis les années 1990, ces oxydes sont également utilisés pour activer le dégagement d'hydrogène sur la cathode, auparavant construite en nickel. Un gain de l'ordre de 250 mV (ce qui représente environ 50 % de l'écart au potentiel thermodynamique) a ainsi été obtenu.
D'autres voies d'activation utilisant...
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Électrodes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOCKRIS (J.O'M.) et coll - Comprehensive treatise of electrochemistry. - Plenum Press (1982).
-
(2) - STORCK (A.), CŒURET (F.) - Éléments de génie électrochimiques. - Lavoisier (1984).
-
(3) - COULTER (M.O.), JACKSON (C.) - Modern chlor alkali technology. - Vol. 1 et 2, Society of Chemical Industry, Ellis Horwood Ltd (1980-1983).
-
(4) - ANTROPOV (L.) - Électrochimie théorique (traduit du russe). - Éditions de Moscou (1975).
-
(5) - Perfluorcarbon ion exchange membranes. - Atlanta Symposium, The Electrochemical Society, oct. 1977.
-
(6) - THIELE (W.), SCHLEIFF (M.) - Calcul de la proportion stationnaire de phase gazeuse dans les réacteurs électrochimiques à dégagement des gaz. - Chem. Tech., 38, no 3, p. 107-10 (1986).
- ...
(Liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE1.1 Technologie membrane bipolaire
• AK (AshiKasei), Japon, cellule ML32NC® http://www.asahi-kasei.co.jp/asahi/en/
• CEC (Chlorine Engineers Corp), Japon, cellule Bitac® http://www.chlorine-eng.co.jp/eng/product/record/record2.thml
• INEOS, Royaume Uni, cellule Bichlor® http://www.ineos.com/
• UHDE, Allemagne, cellule BM 2.7® http://www.uhde.biz/
HAUT DE PAGE1.2 Membranes d'électrolyse chlore-soude
• AGC (Asahi Glass), Japon, Flemiou® http://www.agc.co.jp/
• AK, Asahi Kasei, Japon, Aciplex® http://www.asahi-kasei.co.jp/asahi/en/
• Dupont, USA, Nafion® http://www.dupont.com/
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