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1 - NATURE ET CONCENTRATION DES PORTEURS DE CHARGE

2 - CONDUCTION DANS UN ÉLECTROLYTE : APPROCHE MACROSCOPIQUE

3 - CONDUCTION DANS UN ÉLECTROLYTE : APPROCHE MICROSCOPIQUE

4 - MESURES DE CONDUCTIVITÉ ET NOMBRE DE TRANSPORT

5 - CONSÉQUENCES DE LA CONDUCTIVITÉ DES ÉLECTROLYTES

Article de référence | Réf : K840 v1

Mesures de conductivité et nombre de transport
Conductivité des électrolytes

Auteur(s) : Christine LEFROU, Jacques FOULETIER, Pierre FABRY

Date de publication : 10 oct. 2010

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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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ABSTRACT

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)

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-k840


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4. Mesures de conductivité et nombre de transport

Pour la caractérisation des mécanismes de conduction, essentielle dans les systèmes électrochimiques, outre les mesures de conductivité, il est aussi nécessaire de déterminer chacune des contributions lorsqu'il y a plusieurs porteurs de charge.

4.1 Conductimétrie

Le principe classique consiste à mesurer la résistance de l'électrolyte dans une géométrie connue, en calculant le rapport entre l'amplitude de la tension électrique, mesurée aux bornes, et l'intensité du courant qui traverse le matériau. Le choix de la géométrie est donc important (cf. § 4.1.1). Dans le cas d'un électrolyte, la mesure est compliquée par la nature du dispositif qui doit intégrer non seulement le matériau lui-même mais également deux connexions électriques, les électrodes qui introduisent deux zones interfaciales où la répartition du potentiel peut être compliquée (cf. § 4.1.2).

Comme la conductivité est une grandeur sensible à la température, les mesures fiables et précises de conductimétrie doivent être réalisées dans des conditions contrôlées de température.

HAUT DE PAGE

4.1.1 Constante de cellule et choix de la géométrie

De manière générale, on appelle constante de cellule, notée kcell, le paramètre géométrique permettant de lier conductivité et résistance :

Pour fixer les idées, dans le cas d'une géométrie plane (c'est-à-dire avec un matériau de forme cylindrique de section S, avec les contacts électriques disposés à une distance L sur les sections perpendiculaires extrêmes), on a :

La connaissance précise de ce facteur géométrique est un préalable à toute étude de conductivité....

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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).

  • (3) - TREMILLON Bernard -   La chimie en solvants non-aqueux,  -  239 p., Presses Universitaires de France, (1971).

  • (4) - AURBACH Doron, éditeur -   Non-aqueous Electrochemistry,  -  602 p., Marcel Dekker, (1999).

  • (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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