В электрохимии эффективность Фарадея (также называемая эффективностью Фарадея , выходом Фарадея , эффективностью Кулона или эффективностью 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, историческая единица для заряда — фарадей (Ф), но с тех пор была заменена кулоном (Кл); и, во-вторых, связанная с ним постоянная Фарадея ( Ф ) соотносит заряд с молями вещества и электронами ( количеством вещества ). Это явление было первоначально понято благодаря работе Майкла Фарадея и выражено в его законах электролиза . [1]
Фарадеевские потери испытывают как электролитические , так и гальванические элементы, когда электроны или ионы участвуют в нежелательных побочных реакциях. Эти потери проявляются в виде тепла и/или химических побочных продуктов.
Примером может служить окисление воды до кислорода на положительном электроде при электролизе. Также может быть получена перекись водорода . [2] Доля электронов, отвлеченных таким образом, представляет собой фарадеевские потери и различается в разных аппаратах.
Даже когда производятся надлежащие продукты электролиза, потери все равно могут происходить, если продуктам позволяют рекомбинировать. Во время электролиза воды желаемые продукты ( H 2 и O 2 ) могут рекомбинировать, образуя воду . Это может реально произойти в присутствии каталитических материалов, таких как платина или палладий, обычно используемых в качестве электродов. Неспособность учесть этот эффект эффективности Фарадея была определена как причина неправильной идентификации положительных результатов в экспериментах по холодному синтезу . [3] [4]
Протонообменные мембранные топливные элементы 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 предотвращала бы это. [5]
Наиболее известным примером фарадеевских потерь является саморазряд , который ограничивает срок хранения батареи.
Фарадеевская эффективность конструкции ячейки обычно измеряется посредством объемного электролиза, где известное количество реагента стехиометрически преобразуется в продукт, измеряемый проходящим током. Затем этот результат сравнивается с наблюдаемым количеством продукта, измеренным с помощью другого аналитического метода.
Фарадеевские потери — это только одна из форм потери энергии в электрохимической системе. Другой — перенапряжение , разница между теоретическим и фактическим напряжением электродов, необходимая для проведения реакции с желаемой скоростью. Даже перезаряжаемая батарея со 100% фарадеевской эффективностью требует зарядки при более высоком напряжении, чем она производит во время разряда, поэтому ее общая энергетическая эффективность является произведением эффективности напряжения и фарадеевской эффективности. Эффективность напряжения ниже 100% отражает термодинамическую необратимость каждой реальной химической реакции.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )