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RÉSUMÉ
Les liquides ioniques forment une nouvelle classe de solvants dont les propriétés permettent de réaliser des conversions chimiques réputées difficiles ou impossibles à mener dans les solvants classiques. Dans cet article, il est question des applications électrochimiques de ces nouveaux solvants. Les propriétés des liquides ioniques sont passées en revue et plusieurs exemples d'applications sont traités comme la synthèse de métaux réducteurs, les dépôts électrolytiques, les conversions d'énergie, les applications électro-analytiques et celles qui concernent les matériaux nucléaires ainsi que les nanomatériaux. Des recommandations destinées à guider le lecteur qui souhaiterait modifier un procédé ou créer un nouveau procédé en faisant appel aux liquides ioniques sont formulées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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André RAHIER : Docteur en Électrochimie appliquée - Chercheur indépendant, Wonck, Belgique
INTRODUCTION
Les liquides ioniques forment une nouvelle classe de solvants. Ce sont des sels fondus à une température inférieure à 100 °C. Ils possèdent des propriétés physico-chimiques intéressantes à plus d’un titre, et sont utilisés dans de nombreux domaines de pointe comme les synthèses organiques, la catalyse, la pharmacie, la métallurgie et bien d’autres encore. Cet article traite spécifiquement des applications qui font appel aux techniques et concepts électrochimiques au sens large : corrosion, énergie, électrodépôts, électrosynthèses et électrochimie analytique. Il n’est pas possible d’examiner tous les cas pratiques de façon exhaustive tant le nombre d’applications dans ces secteurs est élevé. De même, plusieurs milliers de liquides ioniques ont déjà fait l’objet d’études diverses et, théoriquement, il est possible d’en synthétiser encore plusieurs millions. Pour ces raisons, nous avons adopté une approche qui consiste à passer en revue les propriétés essentielles de ces nouveaux milieux réactionnels, à souligner les avantages et inconvénients des liquides ioniques par rapport aux solvants plus courants, à traiter des exemples qui montrent quels sont les compromis à accepter pour profiter au mieux de propriétés particulières, et enfin à fournir au lecteur une bibliographie, certes également non exhaustive, mais qui servira de point de départ en vue d’approfondir un aspect particulier ou un autre. Les propriétés examinées comprennent la conductivité électrique, la viscosité, les températures de fusion, de décomposition et de transition vitreuse, le domaine d’électroactivité, la densité et la tension superficielle.
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4. Applications en électrochimie
4.1 Avantages et inconvénients
Sur base des propriétés ainsi passées en revue, nous pouvons résumer les avantages que les liquides ioniques offrent en vue d’applications dans le domaine de l’électrochimie de la manière suivante :
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leur tension de vapeur est négligeable. Ils peuvent aussi être mis en œuvre sous pression atmosphérique dans une fenêtre de température nettement plus large que celle utilisée pour les solutions aqueuses ;
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leur conductivité électrique est bonne ;
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leur domaine d’électroactivité est fréquemment plus étendu (jusqu’à 6 V) que celui des solutions aqueuses (maximum 2 à 2,5 V dans les meilleurs cas) ;
-
ils sont thermiquement stables et ne sont pas non plus facilement inflammables ;
-
sauf cas particuliers, les processus électrochimiques menés dans les liquides ioniques ne produisent pas de gaz et la passivation des électrodes n’est en général pas observée.
En revanche, ils présentent les inconvénients suivants :
-
leur toxicité est mal connue ;
-
on sait que leur biodisponibilité et leur mobilité dans l’environnement sont faibles en raison de leur affinité pour de nombreux supports solides, mais leurs effets sur l’environnement restent à préciser ;
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leur coût est plus élevé que celui des solvants plus classiques, mais pourrait diminuer si les procédés qui les utilisent sont développés à grande échelle. Le facteur coût est aussi compensé, au moins partiellement, par les économies qu’ils promettent, notamment en ce qui concerne les dépenses en énergie thermique ;
-
même s’ils ne sont pas directement inflammables, les liquides ioniques sont néanmoins de nature organique. Ils sont donc quand même combustibles ;
-
certains d’entre eux sont sensibles à l’eau et à l’oxygène, ce qui requiert des précautions (souvent coûteuses) comme par exemple l’utilisation d’une atmosphère inerte. Dans des cas extrêmes, la sensibilité à l’humidité soulève de sérieuses questions en matière de sécurité. C’est le cas des halogénoaluminates qui libèrent l’acide halogéné correspondant par réaction avec l’eau ;
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Applications en électrochimie
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CABANE (B.), HENON (S.) - Liquides, solutions, dispersions, émulsions, gels. - Belin (2007).
-
(2) - TREMILLON (B.) - La chimie en solvants non-aqueux. - Presses Universitaires de France (1971).
-
(3) - WENDT (H.), KEYSA (G.) - Génie électrochimique. Principes et procédés. - Dunod (2001). Traduit de l’anglais par Jean-François Fauvarque, Éric Agel et Patrice Simon.
-
(4) - WOH FOONG (C.), EINAR HUSTAD (J.), LOVSETH (J.), NYDAL (O.J.) - Numerical study of a high temperature latent heat storage (200 to 300 °C) using eutectic nitrate salt of sodium nitrate and potassium nitrate. - Actes de la Conférence COMSOL, Paris (2010).
-
(5) - GAUNE-ESCARD (M.) - Molten salts : from fundamentals to applications. - Acte de la Conférence NATO Advanced Study Institute on Molten Salts, Kas, Turquie (2001).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Banque de données physico-chimiques du NIST http://ilthermo.boulder.nist.gov/
Brochure ChemFiles, vol. 5, n° 6, Sigma Aldrich https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/Aldrich/Brochure/al_chemfile_v5_n6.pdf
Site de la société Scionix http://www.scionix.co.uk/
Site de la société Dyesol http://www.dyesol.com/
Présentation générale des liquides ioniques en tant qu’électrolyte pour les cellules solaires à colorants : DESILVESTRO (H.) – Ionic Liquids – The Panacea for Dye Solar Cells ? http://www.dyesol.com/media/wysiwyg/Documents/dsc-resource-library/Ionic_liquids_The_Panacea_for_Dye_Solar_Cells-Dyesol-Hans-Desilvestro-2007.pdf
HAUT DE PAGE
ABBOTT Andrew P., DAVIES David L., CAPPER Glen, RASHEED Raymond K., TAMBYRAJAH Vasuki. – Ionic Liquids and their Use. US Patent App. n° US7196221B2, PCT/GB2001/004306 (2007)
ABBOTT Andrew P., DAVIES David L., CAPPER Glen, RASHEED Raymond K., TAMBYRAJAH Vasuki. – Ionic Liquids and their Use as Solvent. US Patent App. n° US7183433B2, PCT/GB2001/004300 (2007)
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