Novel multiscale approach to transort phenomena in electrochemical processes (MUTECH)

Elektrochemische processen (elektrowinning en elektrorefining van metalen uit ertsen, elektrosynthese (bvb. chloorproductie), galvaniseren, anodiseren, etsen, polijsten, vormgeven, bescherming tegen corro-sie, productie van batterijen en brandstofcellen, afvalwaterzuivering, enz.) worden veelvuldig gebruikt in traditionele en innovatieve toepassingen maar zijn vanuit fundamenteel wetenschappelijk oogpunt dik-wijls zeer komplex en slecht gekend. Al deze processen zijn gebaseerd op de interactie tussen lading-, stof- en warmtetransport in ingewikkelde stromingen en worden beïnvloed door (meestal ongewenste) neveneffecten: nevenreakties, oppervlakte contaminatie, gas- of warmteontwikkeling.



Anderzijds zijn het precies de onbekende lokale grootheden (zoals temperatuur, elektrische potentiaal, partiële stroomdichtheid, grenslaagdikte, ionenconcentraties, pH, massa- en warmtediffusiecoëfficiën-ten), die de lokale eigenschappen - en dus de kwaliteit - van het product bepalen, zoals bvb. dikte en uni-formiteit van de afzetting, ruwheid, samenstelling, zuiverheid, adhesie, hardheid, interne spanning, enz. Op dit ogenblik kunnen deze lokale eigenschappen enkel a posteriori geverifieerd (bvb. met spectrosco-pische en andere analysetechnieken) en gecorreleerd worden met globale parameters van de reactor (bvb. de totale elektrische stroom door een elektrode, gemiddeld elektrolytdebiet doorheen de reactor, badconcentraties, enz.). Deze situatie vormt een ernstige beperking voor het verbeteren van producten, productiesnelheden, grondstof- en energieverbruik. Het vormt ook een hinderpaal voor innovatie en ontwikkeling van nieuwe toepassingen (mechatronica of bio-engineering).



Dit projekt stelt zich tot doel om de basis te leggen voor een innovatiestrategie door het ontwikkelen van een algemeen bruikbare methodologie om een breed spectrum van industriële elektrochemisch processen waarin “landinggedreven stoftransport” een sleutelrol speelt, te begrijpen en te controleren. Dit projekt wil een brug slaan tussen de productieschaal en de productschaal met eigenschappen op nanometer-schaal.



Meer bepaald is het de bedoeling om een algemeen bruikbare methodologie te ontwikkelen en te valide-ren (op laboratorium en industriele schaal) die toelaat om lokale parameters van complexe elektrochemi-sche processen op microschaal te kunnen voorspellen en deze te correleren met de eigenschappen van het oppervlak of de afzetting op nanoschaal en dit aan de hand van globale procesparameters (macro- en mesoschaal).

Dit doel zal bereikt worden door de nauwe interactie tussen innovatieve numerieke simulatiemodellen en baanbrekende experimentele onderzoekingen. Om deze wetenschappelijke doorbraak te bereiken werd een sterk multidisciplinair team samengebracht met expertise in zowel elektrochemie als stromingsme-chanica, zowel wat betreft experimentele technieken als numerische simulatie en modellering. Dit alles gekombineerd met industriële R&D ervaring.



Het onderzoek zal leiden tot:

•Nieuwe gekwantificeerde modellen voor warmte-, stof- en gastransport in elektrochemische reactoren in turbulent stromingsregime.

•Nieuwe numerische solvers om deze modellen op te lossen in industrieel relevante situaties.

•Fundamentele kennis over de invloed van turbulentie op warmte- en stoftransport.

•Fundamentele kennis over de invloed van gasontwikkeling aan elektrodes op warmte- en stoftransport.

•Nieuwe meettechnieken op microschaal (bellengrootte, concentratieprofielen, ..)

•Validatie van de methodologie aan de hand van twee industriele processen met omschrijving van de grenzen van bruikbaarheid van de voorgestelde aanpak.