Électrolyse de l'eau

[BinaryDust]

Bonjour à toutes et à tous o/

Dans le cadre de plusieurs projets personnels, je me suis lancé le défis de produire moi-même mon dihydrogène. Seulement voilà, même après avoir fait pas mal de recherches (notamment sur ce forum ), j'aimerais avoir votre avis sur les solutions que j'ai potentiellement trouvé face au tas de problèmes que je rencontre actuellement.

Pour produire du dihydrogène, j'ai opté pour la solution de l'électrolyse de l'eau qui me permet en prime de produire du dioxygène, intéressant pour une combustion future. Il me faut donc trouver les constituants de ma solution électrolytique ainsi que les électrodes et l'alimentation.

Comme l'eau déminéralisée est un très mauvais conducteur, j'ai décidé d'utiliser une solution électrolytique d'eau et d'acide sulfurique (ici l'eau ne sera que déminéralisée et l'acide sulfurique vient d'une solution d'acide pour batterie (environ 34.5%) ). Cependant, je ne sais pas dans quelles proportions ajouter l'acide sulfurique. J'ai bel et bien un doute sur le fait d'établir une solution stœchiométrique (en prenant en compte que: 2H₂O + H₂SO₄ -> 2H₃O⁺ + SO₄^2-) car cela me ferait utiliser (en termes de volume) plus de H₂SO₄ que d'H₂O (en tout cas c'est ce que j'ai constaté d'après ma fiche de calcul), ce qui affole mon sens critique à la vue des différentes vidéo que j'ai pu voir sur le sujet. Quelle quantité d'acide sulfurique me conseilleriez-vous donc d'ajouter à l'eau déminéralisée pour pouvoir procéder à l'électrolyse?

Par rapport aux électrodes, j'ai pensé utiliser des électrodes en carbone, notamment celles présentes dans les piles déchargées qui ne sont bonnes qu'à jeter. Avec les EPI nécessaires (gants, lunette, etc...) et avec l'aide d'une pince ça ne devrait pas être trop compliqué, qu'en pensez-vous?

Finalement, il vient le choix de l'alimentation. J'ai cru entendre dire que la quantité de gaz produit (autant côté anode que cathode) dépend majoritairement de l'intensité du courant délivré. Or il se trouve que dans mon atelier traîne une alimentation de pc pouvant délivrer (selon la plaque constructeur) 21A sous 5V et 2 fois 18A sous 12V (il y'a deux rails 12V indépendants). Est-ce que cela serait optimal d'utiliser les deux rails 12V (un rail par moitié d'électrolyseur)?

J'espère que vous aurez réponses à mes questions et je vous remercie d'avance d'avoir lu ce message

BinaryDust
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[moco]

Bonjour,

Tu peux électrolyser une solution d'acide sulfurique de n'importe quelle concentration. Toutes vont très bien. La seule différence entre elles sera le fait qu'on a avantage à travailler avec des solutions relativement concentrées. Cela augmente la conductivité, donc diminue les pertes de chaleur. Dilue donc ta solution à 34% de 3 à 4 fois, et tout ira bien. Tes équations n'ont pas de rapport avec le procédé d'électrolyse.
Et rassure-toi. L'électrolyse ne détruira pas l'acide présent. La seule chose qui disparaîtra sera la quantité d'eau. La quantité totale d'acide ne changera pas lors de l'électrolyse. Et c'et vrai que plus le courant est élevé, plus tu produiras de gaz H2 et O2 pendant un temps donné. Le courant à utiliser dépendra de la surface des plaques des électrodes. En effet, les électrolyses marchent bien avec des courants de l'ordre de 0.1 à 1 A par dm2 d'électrode. Si tu en prends davantage, tu vas produire des giclées et la solution se chauffe. Calcule donc la surface de tes électrodes. Tu en tireras le courant à utiliser.
L'idéal pour les électrodes est les plaques de platine. Cela va aussi avec des électrodes en carbone. Mais tu verras assez vite qu'elles se corrodent, surtout l'anode, et que la poudre de charbon ainsi formée reste en suspension et finit par tomber au fond du bac. Cela forme une boue noire.

[BinaryDust]

Bonjour moco et merci de votre message complet

Pour le dosage de l'acide sulfurique et l'intensité du courant à utiliser, c'est noté! Il est vrai que l'équation m'a un peu fait galérer, je ne savais pas vraiment comment l'interpréter. Donc si j'ai bien compris, comme la quantité d'acide sulfurique reste la même au cours de l'électrolyse, je n'aurais qu'a rajouter de l'eau déminéralisée?

Par contre pour les électrodes, je ne pense pas avoir le budget d'acheter des plaques de platine je vais essayer de trouver une alternative à cela (il me semblait pourtant avoir lu quelque part que des électrodes en graphite auraient fait l'affaire). Cependant, si cette boue de carbone est retirable par décantation ça pourrait quand même le faire, même si je vais forcément devoir remplacer ces électrodes.

J'y réfléchit, je fait quelques expérimentations et je reviendrai vers vous.

En vous remerciant de votre aide,
BinaryDust

[VieuxChene]

Sauf que SO2 va s'échapper lentement et des sulfures de tes cathodes/anodes vont se former
Si tu veux vraiment tu dihydrogène fais avec du bicarbonate de sodium, il se décompose très peu, et les anodes résistent bien, surtout celles en cuivre

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

Bon soir,
Non. L'électrolyse des solutions de H2SO4 ne donne jamais de SO2. Et il ne se forme pas non plus de sulfures ni aux cathodes ni aux anodes.

[VieuxChene]

Ça dépend des cathodes et anodes utilisées, si c'est du fer et de l'acier par exemple, ça arrivera. Après si c'est de l'aluminum c'est vrai.

[40CDV20]

Bjr,
Je ne sais pas comment il faut comprendre "produire son hydrogène et son oxygène", par contre ce qui ne souffre aucune contestation est que sauf exigence d'une très grande pureté des gaz, ce n'est absolument pas rentable.
L'équipement minimal est une cellule d'électrolyse avec diaphragme poreux et calculée pour pouvoir fonctionner à +60°C en continu. Par contre, bien que les conductivités comparées de l'acide sulfurique et de la soude semblent avantager le premier (un quasi facteur 2), in fine c'est le mauvais choix.
L'acide sulfurique est pénalisée à deux titres, une surtension de l'hydrogène très élevée et un choix des matériaux anodique et cathodique très limité. On exclue bien entendu le Pt, le fer se caractérise par une surtension acceptable env. -0.24V mais une immunité médiocre qui plus est si le courant vient à être interrompu. Inutile de tracer les courbes de polarisation cathodiques/anodiques intensiodynamiques de n métaux, in fine ne reste que le plomb et le carbone/graphite, de bonne tenue mais au prix d'une surtension de l'ordre de -0.75V, ce qui est inacceptable (si on parle de produire économiquement).
Donc en faisant court, il faut retenir la soude avec une anode en nickel (0.26V), du fait d'une corrosion anodique du fer sous forme de ferrate (II et VI) celui ci ne se passivant pas(*), et une cathode en fer ( -0.10V) ou en nickel (-0.13V).
Industriellement on fonctionne à +80°C qui est la limite ou la perte de soude par nébulisation est acceptable. De fait, at home +60°C est la limite de sécurité, ceci étant c'est une fabrication qui n'est pas à zéro risque.
(*) il y a encore quelque temps l'instabilité de l'électrode de fer n'était pas bien expliquée. Par contre, l'observation de la tension d'abandon confirme bien la corrosion
Cdt.