Эффективность Фарадея
В электрохимии электрохимическую эффективность Фарадея (также называемая фарадеевской эффективностью , фарадеевским выходом , кулоновской эффективностью или выходом по току ) описывает эффективность, с которой заряд ( электроны ) переносится в системе, облегчая реакцию . Слово «Фарадей» в этом термине имеет два взаимосвязанных аспекта: во-первых, исторической единицей заряда является фарадей (F), но с тех пор он был заменен кулоном ( C); и, во-вторых, соответствующая константа Фарадея ( F ) соотносит заряд с молями вещества и электронами ( количеством вещества ). Это явление было первоначально понято благодаря Майкла Фарадея работам и выражено в его законах электролиза . [ 1 ]
Источники фарадеевских потерь
[ редактировать ]Фарадеевские потери возникают как в электролитических , так и в гальванических элементах, когда электроны или ионы участвуют в нежелательных побочных реакциях. Эти потери проявляются в виде тепла и/или побочных химических продуктов.
Примером может служить окисление воды до кислорода на положительном электроде при электролизе. перекись водорода . Также можно производить [ 2 ] Доля электронов, отклоняемая таким образом, представляет собой фарадеевские потери и варьируется в зависимости от устройства.
Даже когда производятся правильные продукты электролиза, потери все равно могут иметь место, если продуктам разрешена рекомбинация. Во время электролиза воды желаемые продукты ( H 2 и O 2 ) могут рекомбинироваться с образованием воды . Это вполне могло произойти в присутствии каталитических материалов, таких как платина или палладий, обычно используемых в качестве электродов. Неспособность учесть этот эффект эффективности Фарадея была идентифицирована как причина ошибочной идентификации положительных результатов в экспериментах по холодному синтезу . [ 3 ] [ 4 ]
Топливные элементы с протонообменной мембраной представляют собой еще один пример фарадеевских потерь, когда некоторые электроны, отделившиеся от водорода на аноде, просачиваются через мембрану и достигают катода напрямую, вместо того, чтобы проходить через нагрузку и совершать полезную работу . В идеале электролитная мембрана должна быть идеальным изолятором и предотвращать это. [ 5 ]
Особенно знакомым примером фарадеевских потерь является саморазряд , ограничивающий срок годности батареи.
Методы измерения фарадеевских потерь
[ редактировать ]Фарадеевская эффективность конструкции ячейки обычно измеряется посредством объемного электролиза, при котором известное количество реагента стехиометрически превращается в продукт, что измеряется по проходящему току. Затем этот результат сравнивается с наблюдаемым количеством продукта, измеренным другим аналитическим методом.
Фарадеевские потери в зависимости от напряжения и энергоэффективности
[ редактировать ]Фарадеевские потери — это лишь одна из форм потерь энергии в электрохимической системе. Другой — перенапряжение , разница между теоретическим и фактическим напряжением на электроде, необходимая для запуска реакции с желаемой скоростью. Даже перезаряжаемая батарея со 100% фарадеевским КПД требует зарядки при более высоком напряжении, чем она производит во время разрядки, поэтому ее общая энергоэффективность является продуктом эффективности по напряжению и фарадеевской эффективности. КПД по напряжению ниже 100% отражает термодинамическую необратимость каждой реальной химической реакции.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бард, Эй Джей; Фолкнер, ЛР (2000). Электрохимические методы: основы и приложения (2-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-04372-9 .
- ^ Маврикис, Сотириос; Перри, Сэмюэл К.; Люнг, Пуи Ки; Ван, Линг; Понсе де Леон, Карлос (11 января 2021 г.). «Последние достижения в области электрохимического окисления воды с целью получения перекиси водорода: механистическая перспектива» . ACS Устойчивая химия и инженерия . 9 (1): 76–91. doi : 10.1021/acssuschemeng.0c07263 . S2CID 234271584 .
- ^ Джонс, Дж. Э.; и др. (1995). «Фарадеевская эффективность менее 100% во время электролиза воды может быть причиной сообщений об избыточном нагреве в ячейках «холодного синтеза». Дж. Физ. хим. 99 (18): 6973–6979. дои : 10.1021/j100018a033 .
- ^ Шкеди, З.; и др. (1995). «Калориметрия, избыточное тепло и эффективность Фарадея в Ni-H 2 электролитических ячейках O». Технология синтеза . 28 (4): 1720–1731. дои : 10.13182/FST95-A30436 .
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 21 сентября 2008 г. Проверено 8 октября 2008 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
| Физика | |
|---|---|
| Лекции | |
| Связанный | |
