Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La conduction électrique d'un électrolyte, qu'il s'agisse d'une solution, d'un sel fondu, d'un polymère, d'un verre ou d'un matériau cristallin, est un phénomène assez complexe car plusieurs espèces chargées sont susceptibles de s'y déplacer. La diffusion et la migration sont décrites par des concepts macroscopiques et microscopiques. L'accent est mis sur les correspondances entre mobilités, coefficients de diffusion et conductivités molaires. Les principales méthodes de caractérisation sont développées, que ce soit dans la détermination de la conductivité ou l'identification des porteurs. Sont précisées certaines précautions à prendre, dans le choix de la cellule de mesure, celui des matériaux d'électrodes et des paramètres du signal électrique appliqué.
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The electrical conductivity of an electrolyte, be it a solution, a molten salt, a polymer, a glass or a crystalline material, is a relatively complex phenomenon due to the possible migration of several charged species. Diffusion and migration are described via macroscopic and microscopic concepts. The correspondences between mobility, diffusion coefficients and molar conductivities are highlighted. The main characterization methods are developed for the determination of conductivity or the identification of bearers. Certain precautions to be taken in the choice of the measurement cell, the electrode materials and the parameters of the applied electrical signal are specified.
Auteur(s)
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Christine LEFROU : Maître de conférences à Grenoble INP (école Phelma)
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Jacques FOULETIER : Professeur à l'université Joseph Fourier, Grenoble
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Pierre FABRY : Professeur honoraire, université Joseph Fourier, Grenoble
INTRODUCTION
Il s'agit ici de présenter les propriétés, les caractéristiques, les mécanismes et les applications de la conduction électrique en se restreignant à une classe de matériaux appelés électrolytes. La conduction électrique dans ce type de matériau est toujours associée à des mouvements macroscopiques d'un ou plusieurs types d'ions qui rendent possible le passage d'un courant électrique. Il existe également des matériaux, dit à conduction mixte, qui présentent simultanément de manière significative des mouvements d'ions et d'électrons, mais ici il ne sera question que des conducteurs ioniques, strictement ou quasiment isolants électroniques.
Les matériaux électrolytes sont au cœur de tout système électrochimique, en particulier ils sont un élément essentiel des générateurs électrochimiques ou des cellules de procédés industriels, ou encore un élément clé de la corrosion de nombreux métaux. L'électrochimie fait toujours intervenir un assemblage de matériaux conducteurs électriques de natures différentes, typiquement la mise en contact entre un métal et un électrolyte. Les propriétés uniques mises en œuvre tiennent alors à ces interfaces particulières, dont l'étude est au centre de l'électrochimie. Cependant les propriétés conductrices des matériaux volumiques, loin des interfaces, sont également importantes pour analyser, caractériser et optimiser les systèmes électrochimiques. Ce sont, en particulier, ces propriétés de conduction qui gouvernent, en même temps que les caractéristiques géométriques de l'électrolyte utilisé, l'ampleur du terme appelé chute ohmique qui accompagne le passage d'un courant dans tout matériau et qui est aussi à l'origine des phénomènes d'effet Joule.
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Mesures de conductivité et nombre de transport
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3. Conduction dans un électrolyte : approche microscopique
Pour être en mesure de discuter des mécanismes de conduction mis en jeu au niveau microscopique dans un électrolyte, il est nécessaire de disposer de nombreuses données expérimentales. Non seulement, il faut s'assurer de la connaissance précise de la nature et de la concentration des porteurs de charge (ce qui n'est pas toujours facile, cf. § 2) mais, de plus, les informations sur les mécanismes ne se trouvent pas dans une mesure isolée de la conductivité ou du nombre de transport (cf. § 4). Il faut réaliser l'étude de l'influence d'au moins un autre paramètre comme la température ou la pression en dioxygène pour un oxyde solide. Ces données complètes ne sont pas toujours disponibles et il faut alors considérer avec précaution toute discussion sur les mécanismes de conduction.
3.1 Solutions électrolytes
Dans les solutions, en l'absence de forces extérieures, le mouvement des ions obéit à une statistique de déplacement nul (mouvement brownien). En revanche, la présence d'une force extérieure impose une direction de déplacement privilégiée qui se traduit par la conduction.
HAUT DE PAGE
Le modèle microscopique de conduction en solution le plus simple assimile un ion i à une sphère rigide de rayon ri qui se déplace dans un fluide entraînant des frottements de type visqueux. Selon le modèle de Stokes [1], l'amplitude de la force de freinage dû aux frottements est proportionnelle à la vitesse de déplacement :
avec η la viscosité dynamique du fluide, ici le solvant (en Pa.s). En régime dynamique et en présence d'une force extérieure
(par exemple, dans le cas de la migration pure :
), la force d'accélération s'exerçant...
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Conduction dans un électrolyte : approche microscopique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOCKRIS John O'M et al - Modern Electrochemistry 1, - Ionics 769 p., Plenum Press (1998).
-
(2) - GIRAULT Hubert - Électrochimie physique et analytique, - 449 p., Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, (2001).
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(3) - TREMILLON Bernard - La chimie en solvants non-aqueux, - 239 p., Presses Universitaires de France, (1971).
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(4) - AURBACH Doron, éditeur - Non-aqueous Electrochemistry, - 602 p., Marcel Dekker, (1999).
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(5) - CHARLOT Gaston - Chimie analytique quantitative, Tome I, - 325 p., Masson, (1974).
-
(6) - BERNARD Maurice, BUSNOT Florent - Usuel de chimie générale et minérale, - 560 p., Bordas, (1984).
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