Cellules à circulation : électrodes avancées via l'impression 3D et la tomographie

La plupart des opérations industrielles basées sur des réactions d'électrodes font appel à des réacteurs à flux électrochimique. Les applications incluent l'électrosynthèse inorganique/organique, l'électrolyse de l'eau, l'assainissement de l'environnement et le stockage d'énergie. Le réacteur à flux polyvalent « filtre-presse » offre un environnement de réaction contrôlé pour le traitement de grands volumes d’électrolytes. Parallèlement, les électrodes poreuses améliorent la productivité et l’efficacité des réacteurs électrochimiques en augmentant la surface et le transport de masse.

Les matériaux métalliques et carbonés sont utilisés comme treillis, mousses et feutres, souvent recouverts de catalyseurs. En régime d'écoulement forcé, la perméabilité des électrodes devient importante pour l'efficacité énergétique et l'équilibre de la conception de l'installation. Un compromis doit être trouvé entre la surface des électrodes et la perméabilité des électrodes poreuses.

Cette présentation met en évidence les caractéristiques et les avantages des Flow Cells à travers le développement d'électrodes Pt/Ti pour les batteries à flux et l'optimisation des électrodes imprimées en 3D. Après avoir montré les avantages de la tomodensitométrie pour l'étude des matériaux poreux, leurs performances sont quantifiées par le coefficient de transport de masse volumétrique et leur perméabilité aux fluides. L'importance des paramètres de tomographie pour l'analyse de la surface et du volume est illustrée par le carbone vitreux réticulé. Le concept d'électrodes personnalisables imprimées en 3D pour les réacteurs électrochimiques est introduit.

Différentes géométries sont considérées. Les progrès futurs dans les électrodes imprimées en 3D pour la production de prototypes, la validation de modèles et la disponibilité rapide de dispositifs spécialisés sont discutés.

Dr Luis Fernando Arenas est actuellement chercheur Humboldt à la Technische Universität Clausthal, où il collabore avec le professeur Thomas Turek au développement de batteries à flux organique. Il est également universitaire invité à l'Université de Southampton (UOS), au Royaume-Uni, et représentant en début de carrière au sein de l'Electrochemical Technology Group de la Society of Chemical Industry, au Royaume-Uni.

Après avoir obtenu une licence en chimie et une maîtrise en technologie chimique à l'Universidad Autónoma de Coahuila, au Mexique, il a poursuivi des études doctorales en génie électrochimique à l'UOS. Là, il s'est concentré sur les batteries à flux zinc-cérium sous la supervision des professeurs Carlos Ponce de León et Frank C Walsh, diplômés en 2017. Il a été chercheur à l'UOS, développant des piles à combustible PEM et des pompes électrochimiques à hydrogène (2017-2019). Arenas a également été un entrepreneur privé pour le développement de nouvelles batteries à flux à base de matières organiques et d'électrodialyse pour l'INEEL (Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias) et consultant pour l'industrie du chlore-alcali (2019-2021).

Ses intérêts supplémentaires incluent les électrodes imprimées en 3D, la tomodensitométrie, l'électrodéposition de métaux nobles, les électrodes poreuses et l'ingénierie électrochimique durable. Il est devenu membre de l'ECS en 2014. Ses recherches ont abouti à 31 articles évalués par des pairs, quatre chapitres de livre, six articles de conférence et 17 affiches, ainsi que 40 conférences, dont sept sur invitation (Google Scholar : 1018 citations, h -indice 17). Il a reçu le prix Schwäbisch Gmünd des jeunes scientifiques 2019 pour l'excellence en technologie de surface électrochimique.

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• Source : https://physicsworld.com/a/flow-cells-advanced-electrodes-via-3d-printing-and-tomography/