Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Эффективность Фарадея (также называемая фарадеевской эффективностью , фарадеевским выходом , кулоновской эффективностью или выходом по току ) описывает эффективность, с которой переносится заряд ( электроны ) в системе, способствующей электрохимической реакции . Слово «Фарадей» в этом термине имеет два взаимосвязанных аспекта. Во-первых, исторической единицей измерения заряда является фарадей , но с тех пор он был заменен кулоном . Во-вторых, соответствующая постоянная Фарадея коррелирует заряд с молями вещества и электронов ( количество вещества ). Это явление было первоначально понято в работах Майкла Фарадея и выражено в его законах электролиза . [1]

Источники фарадеевских потерь [ править ]

Фарадеевские потери испытывают как электролитические, так и гальванические элементы, 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 окислении воды до кислорода на положительном электроде при электролизе. Часть электронов направляется на производство перекиси водорода . [2] Доля отведенных таким образом электронов представляет собой фарадеевскую потерю и варьируется в разных устройствах.

Даже когда производятся надлежащие продукты электролиза, потери могут происходить, если продуктам разрешено рекомбинировать. Во время электролиза воды желаемые продукты ( H 2 и O 2 ) могут рекомбинировать с образованием воды . Это реально могло произойти в присутствии каталитических материалов, таких как платина или палладий, обычно используемых в качестве электродов. Неспособность учесть этот эффект эффективности Фарадея был идентифицирован как причина неправильной 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, отделенные от водорода на аноде, просачиваются через мембрану и достигают катода напрямую, вместо того, чтобы проходить через нагрузку и выполнять полезную работу . В идеале электролитная мембрана была бы идеальным изолятором и предотвратила бы это. [5]

Особенно знакомый пример фарадеевских потерь - саморазряд , ограничивающий срок службы батареи.

Методы измерения фарадеевских потерь [ править ]

Фарадеевская эффективность конструкции элемента обычно измеряется с помощью электролиза в объеме, когда известное количество реагента стехиометрически превращается в продукт, что измеряется по проходящему току. Затем этот результат сравнивается с наблюдаемым количеством продукта, измеренным с помощью другого аналитического метода.

Фарадеевские потери в зависимости от напряжения и энергоэффективности [ править ]

Фарадеевские потери - это только одна из форм потери энергии в электрохимической системе. Другой - перенапряжение , разница между теоретическим и фактическим напряжениями на электродах, необходимыми для запуска реакции с желаемой скоростью. Даже аккумуляторная батарея со 100% фарадеевской эффективностью требует зарядки при более высоком напряжении, чем вырабатывается во время разряда, 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 [ править ]

  1. ^ Бард, AJ; Фолкнер, Л. Р. (2000). Электрохимические методы: основы и приложения (2-е изд.). Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN 0-471-04372-9.
  2. ^ Mavrikis, Sotirios; Perry, Samuel C .; Леунг, Пуи Ки; Ван, Линг; Понсе де Леон, Карлос (2021-01-11). «Последние достижения в области электрохимического окисления воды для получения перекиси водорода: механистическая перспектива» . ACS Устойчивая химия и инженерия . 9 (1): 76–91. DOI : 10.1021 / acssuschemeng.0c07263 .
  3. ^ Джонс, JE; 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. DOI : 10.1021 / j100018a033 .
  4. ^ Шкеди, З .; и другие. (1995). «Калориметрия, избыточное тепло и эффективность Фарадея в Ni-H 2 O электролитических ячейках». Технология Fusion . 28 (4): 1720–1731. DOI : 10.13182 / FST95-A30436 .
  5. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 21 сентября 2008 года . Проверено 8 октября 2008 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )