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Chemische elektromotorische Kraft

1890
  • Walther Nernst
  • Josiah Willard Gibbs
Prüfung von Lithium-Ionen-Batterien im elektrochemischen Labor.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

In elektrochemischen Zellen wie Batterien und Brennstoffzellen, EMF Die elektromotorische Kraft (EMK) wird durch chemische Reaktionen erzeugt. Die Ladungstrennung wird durch Oxidations- und Reduktionsreaktionen an zwei verschiedenen Elektroden angetrieben. Die maximale EMK einer Zelle hängt mit der Änderung der freien Gibbs-Energie (ΔG) der Reaktion über die Gleichung E = -ΔG/nF zusammen, wobei n die Stoffmenge der Elektronen und F die Faraday-Konstante ist.

The electromotive force in a chemical source arises from the potential energy difference of electrons in different chemical species. In a galvanic cell, two dissimilar metals (electrodes) are placed in an electrolyte, creating two half-cells. At one electrode (the anode), an oxidation reaction occurs, releasing electrons. At the other electrode (the cathode), a reduction reaction occurs, consuming electrons. This creates an electrical potential difference between the electrodes. The chemical reactions effectively act as a “charge pump,” doing work on the electrons to move them from a lower potential energy state to a higher one, thus establishing the EMF.

Die theoretisch maximale EMK wird durch die Thermodynamik der Reaktion bestimmt, insbesondere durch die Änderung der freien Gibbs-Energie (ΔG), welche die maximale Arbeit ohne Expansion darstellt, die einem thermodynamisch geschlossenen System entnommen werden kann. Die Nernst-Gleichung verfeinert dies weiter, indem sie die EMK mit dem Standardelektrodenpotential und den Konzentrationen (oder Aktivitäten) der Reaktanten und Produkte in Beziehung setzt und zeigt, wie sich die Zellspannung mit dem Reaktionsverlauf und den Konzentrationsänderungen verändert. Diese thermodynamische Grundlage ist fundamental für die Entwicklung von Batterien mit spezifischen Spannungsausgängen und Energiedichten sowie für das Verständnis von Prozessen wie der Elektrolyse, bei der eine externe EMK genutzt wird, um eine nicht spontane chemische Reaktion anzutreiben.

UNESCO Nomenclature: 2203
Elektrochemie

Typ

Chemischer Prozess

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Luigi Galvanis Experimente mit Froschschenkeln
  • Alessandro Volta’s invention of the voltaic pile
  • Die Elektrolysegesetze von Michael Faraday
  • Josiah Willard Gibbs' Entwicklung der chemischen Thermodynamik

Anwendungen

  • Batterien (Alkali, Lithium-Ionen, Blei-Säure)
  • Brennstoffzellen
  • Elektrolyse
  • Korrosionsschutz (kathodischer Schutz)
  • Galvanisieren

Patente:

NA

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Related to: electrochemistry, battery, galvanic cell, Gibbs free energy, Nernst equation, electrode, electrolyte, redox reaction.

Historischer Kontext

Chemische elektromotorische Kraft

1885
1887
1889
1890
1890
1895
1895
1884
1887
1888
1889
1890
1890
1895
1895

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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