Cours d'électrochimie

Leçon 1 • États d'oxydation et concepts redox

Définit l'oxydation et la réduction en termes de transfert d'électrons et de changements du nombre d'oxydation. Relie ces définitions à des transformations chimiques observables.

Leçon 2 • Introduction aux cellules électrochimiques

Présente les piles galvaniques et les cellules électrolytiques comme des incarnations physiques des réactions redox. Relie le flux spontané d'électrons à l'énergie électrique mesurable.

Leçon 3 • Équilibrage des équations redox

Enseigne la méthode des demi-réactions pour équilibrer les équations redox en milieux acide et basique. Renforce la conservation de la masse et de la charge comme principes directeurs.

Leçon 1 • Potentiel de cellule et énergie libre de Gibbs

Dérive la relation ΔG = −nFE et l'applique aux calculs de spontanéité et de travail. Fait le pont entre la théorie thermodynamique et les grandeurs électrochimiques mesurables.

Leçon 2 • Constantes d'équilibre et potentiel de cellule

Établit le lien quantitatif entre la constante d'équilibre K et le potentiel standard de cellule E°. Les étudiants calculent K à partir de E° et interprètent les équilibres électrochimiques.

Leçon 3 • L'équation de Nernst

Étend les potentiels standards à des conditions non standard à l'aide de l'équation de Nernst. Permet de prédire la tension d'une cellule à n'importe quelle concentration, température ou pression.

Leçon 4 • Potentiels standard d'électrode

Définit l'électrode standard à hydrogène et la série électrochimique. Les étudiants utilisent les tableaux de potentiels de réduction pour prédire la tension de la cellule et la direction de la réaction.

Leçon 1 • Conductivité et mobilité ioniques

Définit la conductivité molaire, la mobilité ionique et leur dépendance à la concentration. Établit des outils quantitatifs pour comparer les performances des électrolytes.

Leçon 2 • Coefficients d'activité et théorie de Debye-Hückel

Explique les écarts par rapport au comportement ionique idéal à l'aide des coefficients d'activité et de la force ionique. Permet des calculs thermodynamiques précis dans des solutions électrolytiques réelles.

Leçon 3 • Critères de sélection des électrolytes

Synthétise les facteurs de conductivité, stabilité, sécurité et compatibilité dans un cadre de sélection. Directement applicable aux décisions de conception de dispositifs dans les chapitres suivants.

Leçon 4 • Électrolytes solides et polymères

Compare les mécanismes de conduction ionique dans les oxydes solides, les céramiques et les membranes polymères. Prépare les étudiants à évaluer les électrolytes pour les batteries et les piles à combustible.

Leçon 1 • Types et sources de surtension

Classe les surtensions d'activation, de concentration et ohmique ainsi que leurs grandeurs relatives. Guide les étudiants dans le diagnostic des pertes d'efficacité dans les dispositifs électrochimiques.

Leçon 2 • Équation de Butler-Volmer

Dérive l'équation de Butler-Volmer reliant la densité de courant à la surtension et au coefficient de transfert. Essentielle pour quantifier la vitesse des réactions aux électrodes.

Leçon 3 • Interface électrode-électrolyte

Décrit la structure de la double couche électrique et son rôle dans la cinétique de transfert de charge. Fournit la base physique pour comprendre la résistance interfaciale.

Leçon 4 • Notions de base de la spectroscopie d'impédance électrochimique

Introduit la SIE comme technique pour séparer les contributions cinétiques et de transport à l'aide de la réponse en fréquence. Prépare les étudiants à interpréter les diagrammes de Nyquist et de Bode.

Leçon 1 • Chronoampérométrie et chronopotentiométrie

Analyse les transitoires courant-temps et potentiel-temps pour extraire les coefficients de diffusion et les vitesses de réaction. Complète la voltammétrie cyclique avec des données cinétiques dans le domaine temporel.

Leçon 2 • Voltammétrie cyclique

Enseigne le balayage du potentiel, l'analyse du courant de pic et les critères de réversibilité en voltammétrie cyclique. Permet la caractérisation mécanistique et cinétique des couples redox.

Leçon 3 • Biocapteurs électrochimiques

Intègre des éléments de reconnaissance biologique avec la transduction électrochimique pour la détection sélective d'analytes. Fait le pont entre l'électrochimie analytique et la détection biomédicale et environnementale.

Leçon 4 • Potentiométrie et électrodes sélectives d'ions

Couvre la mesure de l'activité ionique basée sur l'équation de Nernst à l'aide d'électrodes de référence et d'indication. Introduit les membranes sélectives d'ions et leurs coefficients de sélectivité.

Leçon 1 • Fondamentaux et terminologie des batteries

Définit la capacité, la densité énergétique, la densité de puissance, le taux C et la durée de vie comme mesures clés des batteries. Établit un vocabulaire commun pour comparer les technologies de batteries.

Leçon 2 • Chimie des batteries lithium-ion

Couvre les mécanismes d'insertion, les matériaux courants de cathode et d'anode, et les exigences des électrolytes. Explique pourquoi le lithium-ion domine les applications portables et les véhicules électriques.

Leçon 3 • Batteries au plomb-acide et à base de nickel

Analyse les réactions aux électrodes, la chimie de l'électrolyte et les modes de défaillance dans les technologies de batteries matures. Fournit une référence de base pour l'évaluation des chimies avancées.

Leçon 4 • Technologies de batteries de nouvelle génération

Examine les batteries à l'état solide, lithium-soufre et lithium-air comme alternatives émergentes à haute énergie. Relie l'électrochimie fondamentale aux défis de recherche en cours.

Leçon 1 • Électrocatalyse et conception de catalyseurs

Examine les catalyseurs du groupe du platine et les catalyseurs non précieux pour les réactions de l'hydrogène et de l'oxygène. Relie les propriétés de surface du catalyseur à l'activité et à la durabilité.

Leçon 2 • Électrolyse de l'eau pour la production d'hydrogène

Couvre les conceptions de cellules d'électrolyse alcaline, à membrane échangeuse de protons (PEM) et à oxyde solide, ainsi que leurs mesures d'efficacité. Positionne l'électrolyse comme la voie clé pour la production d'hydrogène vert.

Leçon 3 • Principes de fonctionnement des piles à combustible

Décrit l'oxydation de l'hydrogène, la réduction de l'oxygène et le transport des protons ou des ions dans les piles à combustible. Établit le plafond d'efficacité thermodynamique et les pertes réelles.

Leçon 4 • Types et applications des piles à combustible

Compare les piles à combustible à membrane échangeuse de protons, à oxyde solide, alcalines et à acide phosphorique en fonction des conditions de fonctionnement. Fait correspondre le type de pile aux exigences de l'application.

Leçon 1 • Raffinage des métaux et électroextraction

Décrit l'électroraffinage et l'électroextraction comme méthodes de purification et de récupération des métaux à partir des lixiviats de minerai. Met en évidence la sélectivité et la consommation d'énergie comme mesures clés.

Leçon 2 • Corrosion et protection cathodique

Cadre la corrosion comme un processus électrochimique non contrôlé et la protection cathodique comme son atténuation. Applique la théorie du potentiel mixte à des scénarios réels de protection des infrastructures.

Leçon 3 • Électrodéposition et électroplaquage

Couvre la germination, les mécanismes de croissance et la chimie du bain pour le dépôt de revêtements métalliques. Relie la morphologie du dépôt à la densité de courant et au choix des additifs.

Leçon 4 • Usinage et gravure électrochimiques

Explique la dissolution anodique pour le façonnage de précision et la structuration de surface des métaux. Démontre comment l'électrochimie contrôlée permet la microfabrication.