فرآیند الکتروشیمیایی به واکنش‌های اکسایشی و کاهشی در سیستم‌های الکتروشیمیایی اشاره دارد که در آن تبادل الکترون بین فازهای الکترونی و یونی در محیط‌های هتروژن (مانند الکترود و الکترولیت) صورت می‌گیرد. این فرآیند شامل عبور جریان الکتریکی از یک محیط واسطه یونی است که منجر به تغییر پتانسیل الکتروشیمیایی بین دو الکترود می‌شود. از دیدگاه ترمودینامیکی، انرژی آزاد گیبس واکنش‌های شیمیایی از طریق اختلاف پتانسیل الکتریکی در الکترودها به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود یا با وارد کردن جریان الکتریکی، سیستم به سمت انجام واکنش شیمیایی سوق داده می‌شود. این فرآیند در حالت ایده‌آل تحت کنترل دقیق پارامترهای سینتیکی و انتقال جرم و بار، در سطوح مختلف الکترودها انجام می‌شود، جایی که پدیده‌های پیچیده مانند قطبش، توزیع بار، و اثرات میدان الکتریکی نیز نقش‌های مهمی ایفا می‌کنند.
فرآیندهای الکتروشیمیایی طیف وسیعی از واکنش‌ها و تکنیک‌ها را در بر می‌گیرند که هر کدام به منظور اهداف خاصی در صنایع مختلف به‌کار می‌روند. این فرآیندها بر پایه تعاملات الکتریکی و شیمیایی شکل گرفته و دارای انواع مختلفی هستند. از فرآیندهایی که برای تولید فلزات و پوشش‌دهی استفاده می‌شوند تا تکنیک‌هایی که در تصفیه آب و ساخت باتری‌ها کاربرد دارند، هر یک به‌نوعی در بهبود کارایی و کنترل واکنش‌ها مؤثر هستند. در ادامه، به معرفی انواع مختلف این فرآیندها می‌پردازیم:
الکترولیز فرآیندی است که با اعمال جریان مستقیم به یک سیستم حاوی الکترولیت، واکنش‌های اکسایش-کاهش در سطح الکترودها القا می‌شود. این فرآیند به‌طور گسترده در تصفیه و تولید فلزات مانند آلومینیوم و مس، و همچنین در فرآیندهای پوشش‌دهی فلزات استفاده می‌شود. واکنش‌ها در این سیستم به کمک جریان الکتریکی کنترل می‌شوند.
سلول گالوانی یا ولتایی (پیل گالوانی) واکنش‌های اکسایش-کاهش طبیعی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. در این فرآیند، الکترودها و الکترولیت‌ها واکنش داده و جریان الکتریکی تولید می‌کنند که به‌عنوان منبع انرژی در باتری‌ها و پیل‌های سوختی استفاده می‌شود. این سلول‌ها اساس بسیاری از سیستم‌های ذخیره انرژی هستند.
پیل‌های سوختی سیستم‌های الکتروشیمیایی هستند که به‌طور مداوم انرژی شیمیایی سوخت (مانند هیدروژن) را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. این فرآیند از طریق واکنش‌های الکتروشیمیایی در الکترودها انجام می‌شود و دارای بهره‌وری بالا و انتشار آلاینده‌های کم است. پیل‌های سوختی در کاربردهای تجدیدپذیر انرژی استفاده می‌شوند.
الکترووینینگ فرآیند استخراج فلزات از محلول‌های آبی یا مذاب با استفاده از جریان الکتریکی است. در این روش، یون‌های فلزی در الکترولیت کاهش یافته و به‌صورت فلز خالص بر روی کاتد رسوب می‌کنند. این تکنیک به‌ویژه در تولید فلزات با خلوص بالا مانند مس و طلا به‌کار می‌رود.
الکتروفورز تکنیکی است که بر اساس حرکت ذرات باردار در یک میدان الکتریکی عمل می‌کند. این فرآیند به‌ویژه در تجزیه و تحلیل زیستی برای جداسازی و شناسایی مولکول‌های بزرگ مانند پروتئین‌ها و DNA استفاده می‌شود. توانایی کنترل حرکت ذرات بر اساس بار الکتریکی، الکتروفورز را به ابزاری مؤثر در بیوتکنولوژی تبدیل کرده است.
الکتروپولیش فرآیندی است که از جریان الکتریکی برای صیقل دادن و حذف ناهمواری‌های سطح فلزات استفاده می‌شود. این فرآیند شامل حذف یکنواخت لایه نازکی از سطح فلز به‌واسطه واکنش‌های الکتروشیمیایی است که منجر به افزایش خواص سطحی و مقاومت در برابر خوردگی می‌شود.
الکتروفلوکولاسیون روشی است که با استفاده از جریان الکتریکی ذرات معلق در یک محلول را به‌صورت فیزیکی به هم متصل کرده و باعث ایجاد لخته‌های بزرگ‌تر می‌شود. این فرآیند در تصفیه آب و پساب برای حذف ذرات معلق و آلاینده‌ها کاربرد دارد.
پتانسیومتری فرآیندی الکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود بدون عبور جریان قابل توجه است. این روش در شیمی تجزیه برای اندازه‌گیری غلظت یون‌های خاص در محلول مورد استفاده قرار می‌گیرد و در تجهیزات حساس به تغییرات ولتاژ مانند pH متر کاربرد دارد.
آندایزینگ یا Anodizing فرآیندی است که در آن فلزات (معمولاً آلومینیوم) در معرض یک الکترولیت قرار گرفته و با عبور جریان الکتریکی، یک لایه اکسیدی نازک و مقاوم روی سطح آن‌ها تشکیل می‌شود. این لایه محافظت از فلز در برابر خوردگی و سایش را افزایش می‌دهد و در صنایع هوافضا و خودروسازی کاربرد دارد.
در فرآیند الکتروسنتز ، واکنش‌های الکتروشیمیایی برای سنتز ترکیبات شیمیایی خاص به کار گرفته می‌شوند. الکتروسنتز می‌تواند به تولید مواد آلی و معدنی از طریق استفاده از جریان الکتریکی کمک کند. این روش می‌تواند به‌ویژه در سنتز داروها، پلیمرها و مواد شیمیایی پیچیده مورد استفاده قرار گیرد.
الکترودسپوزیشن یا Electrodeposition فرآیندی است که در آن یون‌های فلزی در محلول الکترولیت به‌صورت الکتروشیمیایی بر روی یک سطح جامد (الکترود) رسوب می‌کنند. این روش برای ایجاد پوشش‌های فلزی نازک بر روی سطوح فلزات یا غیرفلزات به‌کار می‌رود و در ساخت قطعات الکترونیکی، تولید نیمه‌هادی‌ها و آبکاری فلزات کاربرد دارد.
الکتروکواگولاسیون فرآیندی برای حذف آلاینده‌های محلول از آب و فاضلاب است که با استفاده از جریان الکتریکی، واکنش‌هایی را درون محلول ایجاد می‌کند که باعث تشکیل رسوبات یا لخته‌های قابل حذف می‌شود. این روش برای تصفیه آب و فاضلاب صنعتی و حذف فلزات سنگین و مواد آلی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی یا EIS یک تکنیک پیشرفته برای بررسی واکنش‌های الکتروشیمیایی در سطوح الکترودها است. این تکنیک با اعمال یک پتانسیل الکتریکی متغیر و اندازه‌گیری امپدانس سیستم به بررسی رفتار سینتیکی و دینامیکی واکنش‌ها می‌پردازد. EIS در مطالعه خوردگی، سنسورهای الکتروشیمیایی، و سلول‌های سوختی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
الکتروکتالیز فرآیندی است که در آن یک الکترود به عنوان کاتالیزور عمل کرده و سرعت واکنش الکتروشیمیایی را افزایش می‌دهد. این روش برای بهبود کارایی فرآیندهای الکتروشیمیایی مانند تولید هیدروژن از آب یا کاهش اکسیژن در سلول‌های سوختی به‌کار می‌رود.
فرایندهای الکتروشیمیایی به دلیل توانایی در کنترل دقیق واکنش‌های شیمیایی از طریق جریان الکتریکی، در صنایع مختلفی به‌کار گرفته می‌شوند. این فرایندها با ایجاد تغییرات شیمیایی بر اساس پتانسیل الکتروشیمیایی، امکان دستیابی به خواص خاص مواد و تولید محصولات صنعتی پیشرفته را فراهم می‌کنند. برخی از مهم‌ترین کاربردهای این فرایند عبارتند از:
امید عمران
