Эффективность Фарадея - Википедия - Faraday efficiency

Эффективность Фарадея (также называемый фарадеевская эффективность, фарадеевский доход, кулоновская эффективность или же текущая эффективность) описывает эффективность, с которой обвинять (электроны ) передается в систему, облегчающую электрохимическая реакция. Слово «Фарадей» в этом термине имеет два взаимосвязанных аспекта. Во-первых, историческая единица для обвинять это фарадей, но с тех пор был заменен кулон. Во-вторых, связанные Постоянная Фарадея соотносит обвинение с родинки вещества и электронов (количество вещества ). Этот феномен изначально понимался через Майкл Фарадей работы и выразился в его законы электролиза.[1]

Источники фарадеевских потерь

Потери по фарадею несут оба электролитический и гальванический клетки, когда электроны или ионы участвуют в нежелательных побочных реакциях. Эти потери проявляются в виде побочных продуктов тепла и / или химических веществ.

Пример можно найти в окисление воды к кислород на положительном электроде при электролизе. Часть электронов направляется на производство пероксид водорода[нужна цитата ]. Доля отведенных таким образом электронов представляет собой фарадеевские потери и варьируется в разных устройствах.

Даже когда производятся надлежащие продукты электролиза, потери могут происходить, если продуктам разрешено рекомбинировать. В течение электролиз воды, желаемые продукты (ЧАС2 и О2 ), может рекомбинировать с образованием воды. Это реально могло произойти в присутствии каталитических материалов, таких как платина или же палладий обычно используются в качестве электродов. Неспособность учесть это Эффект эффективности Фарадея был идентифицирован как причина неправильной идентификации положительных результатов в холодный синтез эксперименты.[2][3]

Топливные элементы с протонообменной мембраной представляют собой еще один пример фарадеевских потерь, когда часть электронов отделяется от водорода на анод протекать через мембрану и достигать катод непосредственно вместо того, чтобы проходить через нагрузку и выполнять полезные работай. В идеале электролитная мембрана была бы идеальным изолятором и предотвратила бы это.[4]

Особенно знакомый пример фарадеевских потерь - это саморазряд что ограничивает срок службы батареи.

Методы измерения фарадеевских потерь

Фарадеевская эффективность конструкции ячейки обычно измеряется с помощью электролиза в объеме, когда известное количество реагента стехиометрически конвертируется в продукт, если измерять прошедший ток. Затем этот результат сравнивается с наблюдаемым количеством продукта, измеренным с помощью другого аналитического метода.

Фарадеевские потери в зависимости от напряжения и энергоэффективности

Фарадеевские потери - это только одна из форм потери энергии в электрохимической системе. Другой перенапряжение, разница между теоретическим и фактическим напряжениями на электродах, необходимыми для протекания реакции с желаемой скоростью. Даже аккумуляторная батарея со 100% фарадеевской эффективностью требует зарядки при более высоком напряжении, чем вырабатывается во время разряда, поэтому в целом энергоэффективность является продуктом эффективности напряжения и фарадеевской эффективности. КПД по напряжению ниже 100% отражает термодинамическая необратимость каждой реальной химической реакции.

Рекомендации

  1. ^ Bard, A.J .; Фолкнер, Л. Р. (2000). Электрохимические методы: основы и применение (2-е изд.). Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN  0-471-04372-9.
  2. ^ Jones, J. E .; и другие. (1995). «Фарадеевская эффективность менее 100% во время электролиза воды может служить причиной сообщений об избыточном тепле в ячейках« холодного синтеза »». J. Phys. Chem. 99 (18): 6973–6979. Дои:10.1021 / j100018a033.
  3. ^ Шкеди, З .; и другие. (1995). «Калориметрия, избыточное тепло и фарадеевская эффективность в Ni-H2O Электролитические ячейки ". Технология Fusion. 28 (4): 1720–1731. Дои:10.13182 / FST95-A30436.
  4. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 21.09.2008. Получено 2008-10-08.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)