chimie : thermodynamique et électrochimie (PC) · Chapitre 6 · Application directe du cours

La résistance interne d'un électrolyseur

Électrochimie : thermodynamique et cinétique des réactions redox · niveau 2

Énoncé

Dans une cellule d'électro-extraction du zinc, la densité de courant vaut $j = 500 A / m^{2}$ et la conductivité de l'électrolyte $σ = 50 S / m$ ; la chute ohmique dans l'électrolyte vaut $0.40 V$ .

Citer les paramètres dont dépend la résistance interne d'un électrolyseur.
Évaluer la distance entre anode et cathode.
On rapproche les électrodes à $2 cm$ . Quelle tension gagne-t-on ? Quelle économie d'énergie par tonne de zinc, sachant qu'il faut faire passer $3.28 \times 1 0^{9} C$ par tonne ? Quelle limite pratique ?

Corrigé

Pour des électrodes planes de surface $S$ distantes de $d$ , $r = \frac{d}{σ S}$ : la distance, la surface, la conductivité (concentration de l'électrolyte, température), et les bulles de gaz qui réduisent la section conductrice.
Chute ohmique $r I = \frac{d}{σ S} j S = \frac{j d}{σ}$ , d'où $d = \frac{0 , 40 \times 50}{500} = 0.040 m = 4 cm$ .
La chute ohmique tombe à $0.20 V$ : gain de $0.20 V$ , soit $0, 20 \times 3, 28 \times 1 0^{9} = 6.6 \times 1 0^{8} J \approx 0.18 MWh$ par tonne (environ $6 %$ de la consommation). Limite : les dépôts de zinc irréguliers (dendrites) risquent de court-circuiter les électrodes, et les bulles encombrent un intervalle trop étroit.

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