(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)
Die Überspannung ist die Potenzialdifferenz (Spannung) zwischen dem thermodynamisch bestimmten Reduktionspotenzial einer Halbreaktion und dem Potenzial, bei dem das Redoxereignis experimentell beobachtet wird. Sie repräsentiert die zusätzliche Energie, die benötigt wird, um Aktivierungsbarrieren zu überwinden, damit die Elektrodenreaktion mit einer signifikanten Geschwindigkeit ablaufen kann. Sie ist ein Schlüsselfaktor für die Energieeffizienz aller elektrolytischen Prozesse.
In an ideal electrolytic cell, the applied voltage needed to drive a reaction would be exactly equal to the cell’s standard electrode potential ([latex]E^0_{cell}[/latex]). However, in reality, a significantly higher voltage is almost always required. This excess voltage is the overpotential ([latex]\eta[/latex]). The total cell potential ([latex]E_{cell}[/latex]) is the sum of the equilibrium potential, the overpotentials at both electrodes, and the ohmic drop (IR drop) across the electrolyte: [latex]E_{cell} = E^0_{cell} + \eta_{anode} + \eta_{cathode} + IR_{drop}[/latex].
Überspannungen entstehen aus verschiedenen Quellen. Die Aktivierungsüberspannung hängt mit der Kinetik der Elektronentransfer Eine Überspannung tritt direkt an der Elektrodenoberfläche auf. Manche Reaktionen, wie die Entwicklung von Wasserstoff oder Sauerstoff, verlaufen aufgrund ihrer geringen Kinetik sehr langsam und erfordern eine hohe Aktivierungsüberspannung. Eine Konzentrationsüberspannung entsteht, wenn die Konzentration der Reaktanten an der Elektrodenoberfläche aufgrund langsamer Diffusion von der Konzentration im Elektrolyten abweicht. Eine Widerstandsüberspannung wird durch den Widerstand des Elektrolyten oder von Filmen auf der Elektrodenoberfläche verursacht.
The relationship between current density (j) and activation overpotential is often described by the Tafel equation: [latex]\eta = a + b \log(j)[/latex], where ‘a’ and ‘b’ are constants (Tafel parameters) specific to the electrode reaction and material. This equation shows that to get a higher reaction rate (higher current density), a larger overpotential is required. The primary goal in designing efficient electrochemical systems is to minimize overpotential, which is typically achieved by using electrocatalysts (materials that lower the activation energy), increasing the operating temperature, or optimizing the electrode structure to enhance mass transport.
Überspannung (Chemie)
(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)
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