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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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Ionic liquids belong to a novel class of solvents, whose properties permit chemical conversions that cannot easily be performed in classical solvents. This article deals with electrochemical applications of these new solvents. The properties of ionic liquids are reviewed, and several practical examples are discussed, e.g. the synthesis of reductive metals, electro-depositions, energy-related applications, electro-analytical processes, nuclear applications and processes related to nanomaterials. Some recommendations are made that will serve as a guide for the reader who would like to use ionic liquids either to modify an existing process or to design a new one.
Auteur(s)
-
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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KEYWORDS
ionic liquid | solvents | molten salts | electrochemical applications
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Aspects théoriques5. Conclusion
On peut conclure que les liquides ioniques sont très prometteurs et peuvent être considérés pour améliorer des procédés existants ou encore mettre au point de nouveaux procédés. Retenons aussi que le développement des liquides ioniques nécessite une expertise très particulière dont on peut dire qu’elle définit, au même titre que la chimie analytique, ou l’informatique, un véritable métier. Développer de tels solvants n’est toutefois pas un objectif en soi. En réalité, les liquides ioniques sont des outils technologiques et scientifiques utiles dans le cadre d’autres applications dont les finalités pratiques sont beaucoup plus évidentes. Les exemples cités dans cet article représentent un éventail non exhaustif et même assez restreint des applications potentielles en électrochimie.
Malgré les résultats très prometteurs obtenus dans de nombreux laboratoires depuis plus de 40 ans, les applications réellement industrialisées sont encore très rares, pour trois raisons majeures :
-
1. Le coût des liquides ioniques qui reste élevé dans la plupart des cas. Cela est dû au fait que la demande reste limitée, précisément parce que ce sont des laboratoires et non des industries qui sont actuellement les principaux consommateurs de liquides ioniques ;
-
2. La toxicité et l’impact sur l’environnement de la plupart des liquides ioniques sont mal connus. Les acteurs industriels ne développeront des procédés que s’ils ont acquis la certitude préalable que ces deux facteurs ne les conduiront pas à freiner ou stopper leurs productions. Dans l’incertitude, ou s’il s’avérait que les solvants ionisés utilisés sont toxiques ou polluants, les moyens de confinement et de protection devront être mis en place. Cela augmente les coûts et tempère l’intérêt de recourir aux liquides ioniques, sauf dans les cas où les enjeux économiques sont clairement majeurs ;
-
3. La méconnaissance relative de l’effet des impuretés sur les processus et la nécessité de purifier les liquides ioniques, ce qui conduit à une augmentation de leur coût.
Les succès industriels connus (comme par exemple celui de Scionix) ont été obtenus en apportant des solutions aux trois problématiques citées ci-dessus. Mais la conception de nouvelles approches basées sur les liquides ioniques pose encore la question de l’expertise qu’il...
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Conclusion
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)
ABBOTT Andrew...
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