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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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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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3. Propriétés physico-chimiques
Lorsque l’on envisage de faire appel à un liquide ionique pour mettre au point un procédé, il faut sélectionner le solvant en fonction de ses propriétés qui doivent elles-mêmes répondre au mieux aux exigences du procédé visé. Si les moyens le permettent, il est même possible de synthétiser un nouveau liquide ionique à tâche spécifique qui sera particulièrement adapté à l’application. Nous devons toutefois souligner qu’il faudra forcément faire des compromis, car la taille et la structure des cations et des anions influencent toutes les propriétés si bien qu’en améliorant l’une d’entre elles par un choix particulier, il est possible que l’on détériore une ou plusieurs autres propriétés.
Pour les applications électrochimiques, les propriétés suivantes sont essentielles :
-
la température de fusion : en effet, nous visons des applications réalisées à l’aide d’un électrolyte liquide ;
-
la température de décomposition qui détermine la tenue thermique du solvant ;
-
le domaine d’électroactivité défini au paragraphe 1.3 ;
-
la conductivité électrique qui gouverne la chute ohmique lors du passage du courant au travers de l’électrolyte. Cette propriété est en relation directe avec la perte énergétique par effet Joule ;
-
la densité et la viscosité qui jouent un rôle important, notamment en ce qui concerne les coûts liés au pompage et au maintien de l’hydrodynamique requise. La viscosité influence aussi le transport des espèces réactionnelles ;
-
la tension superficielle qui influence le mouillage des électrodes.
La littérature scientifique contient de nombreuses références qui rapportent les valeurs de ces propriétés dans des cas particuliers. Il existe également des banques de données,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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