В электрохимии эффективность Фарадея (также называемая фарадеевой эффективностью , фарадеевским выходом , кулоновской эффективностью или выходом по току ) описывает эффективность, с которой заряд ( электроны ) переносится в системе, облегчая электрохимическую 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 работам Майкла Фарадея и выражено в его законах электролиза . [1]
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. Часть электронов направляется на производство перекиси водорода . [2] Доля электронов, отклоняемых таким образом, представляет собой фарадеевские потери и варьируется в разных устройствах.
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 бы 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 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, 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.
Фарадеева 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 — 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% фарадеевской эффективностью 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.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )