전기화학공학

Electrochemical engineering

전기화학공학은 화학약품의 전기합성, 금속의 전기분쇄 및 정제, 플로우 배터리 및 연료전지, 전착에 의한 표면변형, 전기화학분리 및 부식 등 전기화학 현상의 기술적 응용을 다루는 화학공학 분야이다.이 분야는 전기 화학과 화학 공학이 겹치는 분야입니다.

IUPAC에 따르면 전기화학공학이라는 용어는 산업용 또는 에너지 저장용 전기집약적 프로세스용으로 사용되며, 소형 배터리, 전류계 센서, 마이크로 유체 소자, 마이크로 전극, 고체 소자, 디스크에서의 볼탐메트리로 구성된 응용 전기화학과 혼동해서는 안 된다.전극 등

전력의 6% 이상이 미국의 [1]대규모 전기화학 사업장에서 소비되고 있습니다.

범위

이 다이어그램은 전기화학 공학과 다른 분야 간의 관계를 보여줍니다.

전기화학공학은 전극/전해질 간 상에서의 이종 전하 전달 연구와 실용적인 재료 및 공정의 개발을 결합합니다.기본적인 고려사항에는 전극 재료와 산화환원종의 역동성이 포함된다.이 기술의 개발에는 반응 수율, 변환 효율성 및 에너지 효율 측면에서 전체적인 성능의 정량화뿐만 아니라 전기화학 원자로의 잠재력 및 전류 분포, 대량 수송 조건, 유체역학, 기하학 및 부품에 대한 연구가 포함됩니다.산업 개발에는 추가 원자로 및 프로세스 설계, 제작 방법, 시험 및 제품 개발이 필요하다.

전기화학공학은 효율적인 전기화학 [2]원자로를 설계하기 위해 전류분포, 유체흐름, 질량전달 및 전기반응의 동력학을 고려한다.

대부분의 전기화학적 작동은 평행판 전극이 있는 필터 프레스 원자로 또는 회전하는 실린더 전극이 있는 교반 탱크에서 수행됩니다.연료전지 및 플로우 배터리 스택은 필터 압력형 원자로 유형이다.대부분은 계속 가동되고 있습니다.

역사

염소 알칼리 식물의 세포실 1920년 경

공학의 이 부문은 19세기 중반 전력원이 사용 가능하게 되면서 화학 공학에서 점차 생겨났다.마이클 패러데이는 1833년에 처음으로 전하량과 변환 질량과 관련된 그의 전기 분해 법칙을 설명했다.1886년 찰스 마틴 홀은 용해된 소금에서 알루미늄을 추출하기 위한 값싼 전기 화학 공정을 개발하여 최초의 진정한 대규모 전기 화학 산업을 구성했습니다.이후 해밀턴 캐스트너는 알루미늄 제조 공정을 개선하고 염소와 가성 소다를 생산하기 위해 대형 수은 전지의 브라인 전기 분해를 고안하여 1892년 Karl Kellner와 함께 클로르알칼리 산업을 효과적으로 설립했습니다.그 다음해, 폴 L.훌린은 프랑스에서 필터 프레스형 전기화학 세포를 특허 취득했다.찰스 프레데릭 버제스는 1904년 철의 전해 정제를 개발했고 후에 성공적인 배터리 회사를 운영했습니다.버지스는 1920년에 이 분야에 관한 최초의 문헌 중 하나를 출판했다.20세기의 첫 30년 동안, 산업 전기 화학은 경험적 [3]접근법을 따랐다.

제2차 세계 대전 이후, 관심은 전기 화학 반응의 기초에 집중되었다.다른 개발들 중에서, 전위차항법(1937년)이 그러한 연구를 가능하게 했다.1962년 칼 바그너와 베니아민 레비치(Veniamin Levich)가 엄격한 수학적 처리를 통해 전기화학적 반응의 질량 수송 제어와 회전 디스크 전극을 향해 흐르는 전해액의 유체역학을 연결함으로써 중요한 발전이 이루어졌다.같은 해 바그너는 "전기화학공학의 범위"를 물리화학적 [4]관점에서 분리된 분야라고 처음으로 설명했다.60년대와 70년대에 찰스 W.전기화학회로부터 "전기화학 공학의 아버지"로 여겨지는 토바이어스는 확산, 이동, 대류에 의한 이온 수송, 전위 및 전류 분배 문제의 정확한 해결, 이종 매체의 전도, 다공질 전극의 공정의 정량적 기술 등을 고려했다.또한 60년대에 John Newman은 전기화학 시스템을 지배하는 많은 물리화학 법칙의 연구를 개척하여 배터리, 연료전지, 전해조 및 관련 기술과 관련된 문제를 정확하게 공식화하고 해결하기 위해 얼마나 복잡한 전기화학 과정을 수학적으로 분석할 수 있는지를 입증했다.스위스에서 Norbert Ibl은 전해질, 특히 다공질 전극에서의 물질 전달 및 전위 분포에 대한 실험적이고 이론적인 연구에 기여했습니다.후미오하인은 일본에서도 이와 동등한 개발을 실시했다.쿤, 크라이사, 루사, 플라이슈만, 알키레, 코우레, 플레처, 월시를 포함한 몇몇 개인들은 다른 많은 훈련 센터를 설립했고 그들의 동료들과 함께 중요한 실험적이고 이론적인 연구 방법을 개발했다.현재 전기화학공학의 주요 과제는 연료전지, 플로우 배터리 및 산업용 전기화학 원자로 설계뿐만 아니라 화학약품 생산, 금속 회수, 교정 및 제염 기술을 위한 효율적이고 안전하며 지속 가능한 기술의 개발로 구성되어 있다.

전기화학공학의 역사는 Wendt,[5] Lapicque [6]및 Stankovic에 [7]의해 요약되었다.

적용들

전기화학공학은 공업용수 전기분해, 전기합성, 전기도금, 연료전지, 플로우배터리,[8] 공업용유수 오염제거, 전기정제, 일렉트로잉 등에 응용된다.전기분해 기반 공정의 주요 예는 가성 소다와 염소의 생산을 위한 클로랄칼리 공정이다.전기 분해에 의해 생성되는 다른 무기 화학 물질에는 다음이 포함됩니다.

관습

전기화학공학의 성능기준, 정의 및 명명법은 Kreysa 등 [9]및 IUPAC [10]보고서에서 확인할 수 있다.

어워드

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Bebelis, S.; Bouzek, K.; Cornell, A.; Ferreira, M.G.S.; Kelsall, G.H.; Lapicque, F.; Ponce de León, C.; Rodrigo, M.A.; Walsh, F.C. (October 2013). "Highlights during the development of electrochemical engineering". Chemical Engineering Research and Design. 91 (10): 1998–2020. doi:10.1016/j.cherd.2013.08.029.
  2. ^ Newman, John (1968). "Engineering design of electrochemical systems". Industrial & Engineering Chemistry. 60 (4): 12–27. doi:10.1021/ie50700a005.
  3. ^ "List of Electrochemistry Books Published Before 1950". The Electrochemical Society.
  4. ^ Wagner, C. (1962). "The scope of electrochemical engineering". Advances in Electrochemistry and Electrochemical Engineering. 2: 1–14.
  5. ^ Wendt, H.; Kreysa, G. (1999). "The Scope and History of Electrochemical Engineering". Electrochemical Engineering: 1–7. doi:10.1007/978-3-662-03851-2_1. ISBN 978-3-642-08406-5.
  6. ^ Lapicque, F. (2004). "Electrochemical Engineering: An Overview of its Contributions and Promising Features". Chemical Engineering Research and Design. 82 (12): 1571–1574. doi:10.1205/cerd.82.12.1571.58046.
  7. ^ Stankovic, V. (2012). "Electrochemical Engineering - its appearance, evolution and present status. Approaching an anniversary". Journal of Electrochemical Science and Engineering. 2: 1–14. doi:10.5599/jese.2012.0011.
  8. ^ Arenas, L.F.; Ponce de León, C.; Walsh, F.C. (June 2017). "Engineering aspects of the design, construction and performance of modular redox flow batteries for energy storage" (PDF). Journal of Energy Storage. 11: 119–153. doi:10.1016/j.est.2017.02.007.
  9. ^ Kreysa, G. (1985). "Performance criteria and nomenclature in electrochemical engineering". Journal of Applied Electrochemistry. 15 (2): 175–179. doi:10.1007/BF00620931. S2CID 106022706.
  10. ^ Gritzner, G.; Kreysa, G. "Nomenclature, symbols and definitions in electrochemical engineering". Pure and Applied Chemistry. 65 (5): 1009–1020. doi:10.1351/pac199365051009.

참고 문헌

  • T.F. Fuller, John N. Harb, Electrochemical Engineering, John Wiley & Sons, 2018.
  • H. Wright (ed.) , Electrochemical Engineering: Emerging Technologies and Applications , Willford Press , 2016.
  • D. 스톨튼, B.Emonts, Fuel Cell Science and Engineering: Materials, Processes, Systems and Technology, John Wiley & Sons, 2012.
  • D.D. 맥도날드, P. Schmuki(에드), 전기화학공학, Wiley-VCH, 2007년, 전기화학 백과사전 제5권
  • J. Newman, K.E. Thomas-Alyea, Electrochemical Systems, 3th ed., John Wiley & Sons, Hoboken NJ, 2004. (1th ed. 1973).
  • V.M. 슈미트, Elektrochemische Verfahrenstechnik, Wiley-VCH, 2003.
  • H. Pütter, 산업전기화학, 제4판, H. Lund, O. Hammerich(에드), Marcel Dekker, 2001년.
  • F.C. Walsh, Un Primer Curso de Ingenieria Electroquimica, 편집클럽 Universitario, Alicante, Espana, 2000.
  • M.P. Grotheer, Electrochemical Processing, 무기체, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 제5판, 제9권, 618쪽, John Wiley & Sons, 2000.
  • H.Wendt, G. Kreysa, 전기화학공학: 화학 및 기타 산업의 과학기술, Springer, 1999.
  • R.F. Savinell, 전기화학공학 튜토리얼 - 수학적 모델링, 페닝턴, The Electrochemical Society, 1999.
  • A. Geoffrey, Frentice Hall, 전기화학공학원칙, 1997.
  • F. Goodrige, K. Scott 전기화학 프로세스 엔지니어링 - 전해 플랜트 설계 가이드, 플레넘 프레스, 뉴욕 & 런던, 1995.
  • J. Newman, R.E. White(에드), Douglas N. Bennon 메모리얼 심포지엄 진행. 전기화학공학, 전기화학학회, 절차 제94-22권, 1994년 주제.
  • F. 라피크, A.Storck, A.A. Wragg, Electrochemical Engineering and Energy, Springer, 1994.
  • F.C. Walsh, 영국 Romsey UK, 1993년 전기화학컨설턴시 전기화학공학 제1코스
  • F. 쿠레, A.Storck, Eléments de Génie Electrochimique, 제2판, Editions TEC et DOC / Lavoisier, 1993년판 (제1판 1984년판)
  • F. Coeuret, Introccion a la Ingenieria Electroquimica, 편집자 Reverté, 바르셀로나, 1992.
  • K. Scott, 전자화학 반응 공학, 학술 출판사, 런던, 1991.
  • G. 프렌티스, 전기화학공학원칙, 프렌티스 홀, 1991.
  • D. Pletcher, F.C. Walsh, 산업 전기화학, 2ed., 채프먼 앤 홀, 런던, 1990.
  • J.D. 젠더, D.Pletcher, Electrosynthesities - 연구소에서 파일럿, 프로덕션, 뉴욕, The Electrosynthesit Company, 1990년.
  • M.I. 이스마일, 전기화학 원자로 과학기술 - 파트 A: 기초, 전해제, 배터리 및 연료전지, 암스테르담, 엘세비에르, 1989.
  • T.R. Beck, Industrial Electrochemical Processes, Technologies of Electrochemistry, E. Yeager, A.J. Salkind(eds., 뉴욕주, Wiley, 1987년)
  • E. Heitz, G. Kreysa, Principle of Electrochemical Engineering, John Wiley & Sons, 1986.
  • I. Roushar, A. Kimla, K.미카, Elsevier, Elsechemical Engineering, 암스테르담, 1986년
  • T.Z. Fahidy, Elsevier, Electrochemical Reactor Analysis, 암스테르담, 1985.
  • F. Hine, 전극 프로세스 및 전기화학 엔지니어링, 보스턴 스프링어, 1985.
  • R.E. White, (ed.), Electrochemical Cell Design, Springer, 1984.
  • P. Horsman, B.E. Conway, S. Sarangapani(에드), 전기화학 종합 논문. Vol.6 전기 장치: 뉴욕 플레넘 프레스, 1983년 교통국
  • 1982년 런던 채프먼 앤 홀, 산업 전기화학, 제1판 D. 플레처
  • J.O'M. Bockris, B.E. Conway, E. Yeager, R.E. White, (eds)전기화학에 대한 포괄적 논문. 제2권: 뉴욕 플레넘 프레스, 1981년.
  • D.J. 피켓, Electrochemical Reactor Design, 2부, 암스테르담, 엘세비어, 1979년
  • P. 갈론, Trattato di Ingegneria Elletrochimica, Milan, Tamburini, 1973.
  • A. 암스테르담, 엘세비어, 산업 전기화학 공정, 1971년.
  • C.L. Mantell, 전기화학공학부, 뉴욕 맥그로힐 4부, 1960년
  • C.L. Mantell, 산업전기화학, 2부, 뉴욕 맥그로힐, 1940년
  • C.F. 버지스, H.B. 펄시퍼, B.B. 프로이트, 전기화학 및 금속 응용, 시카고, 1920.
  • A.J. Hale, The Manufacturing of Chemicals by Electroolysia, Van Nostrand Co., 1919년 뉴욕.

외부 링크