Bibliographie & annexes
Présentation
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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Membranes d'électrolyse
En anglais
4. Technologie de cellules d'électrolyse
4.1 Cellules monopolaires ou bipolaires
Une cellule d'électrolyse est, en général, constituée, sauf exception, de plusieurs ensembles anode/cathode. Ceux-ci peuvent être alimentés électriquement en parallèle, on dit que la cellule est monopolaire, ou en série, on dit alors que la cellule est bipolaire (voir la figure ).
Dans la configuration bipolaire (figure a ), le courant est connecté aux deux extrémités de l'ensemble des cellules unitaires constituées d'une cathode, d'une anode, d'un séparateur, et passe d'une cellule à l'autre par des liaisons électriques internes réalisées pour relier la cathode d'une cellule à l'anode de la suivante.
Dans la configuration monopolaire (figure b ), au contraire, toutes les anodes et toutes les cathodes sont reliées à un même jeu de barres de courant, de même polarité, souvent constituée de cuivre afin de réduire les chutes ohmiques et d'assurer une distribution homogène dans toutes les cellules unitaires.
Depuis la disparition du graphite comme matériau d'électrodes (anodes et cathodes) à cause de sa durée de vie, les matériaux d'anodes et de cathodes sont différents et la liaison entre ces deux électrodes, pour assurer la circulation du courant, constitue un point essentiel de la technologie bipolaire.
-
Système bipolaire
Les figures et montrent les différents aspects d'une cellule à membrane bipolaire.
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Avantages :
-
meilleure répartition du courant qui transite d'une électrode à l'autre par de nombreuses connexions internes bien réparties ;
-
gain de tension par suite de moindres chutes de tension dans les connexions ;
-
gain de poids des connexions électriques ;
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moindre intensité de courant, puisque le même courant passe en série dans toutes les cellules. Redresseurs (appareils permettant de convertir le courant alternatif en un courant continu) moins chers.
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Inconvénients :
-
forte tension aux bornes de l'électrolyseur, puisque toutes les tensions d'électrolyse s'ajoutent d'une cellule à l'autre (d'où des problèmes de sécurité) ;
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risques de fuites de courant dans les canaux d'entrée et de sortie de l'électrolyte (à cause des fortes différences de potentiel appliquées à...
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Technologie de cellules d'électrolyse
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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