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ईंधन सेल क्षमता के लिए नेर्नस्ट समीकरण

1889
  • Walther Nernst
Fuel cell experiment in a laboratory demonstrating Nernst equation applications in electrochemistry.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

द नर्न्स्ट समीकरण प्रतिवर्तीता को मापता है वैद्युतवाहक बल ईंधन सेल का गैर-मानक परिस्थितियों में विद्युत विभव (ईएमएफ) या ओपन-सर्किट वोल्टेज। यह सेल विभव (ई) को उसके मानक विभव (ई₀), तापमान और अभिकारकों और उत्पादों की सक्रियता (आंशिक दाब द्वारा अनुमानित) से जोड़ता है। समीकरण है: ई = ई₀ / π/π/π/π/π/π, जहाँ Q अभिक्रिया भागफल है।

द नर्न्स्ट equation is a cornerstone of electrochemistry, derived from the relationship between the change in Gibbs free energy and the cell potential, [latex]\Delta G = -nFE[/latex]. In the equation [latex]E = E^0 – \frac{RT}{nF} \ln Q[/latex], [latex]R[/latex] is the universal gas constant, [latex]T[/latex] is the absolute temperature in Kelvin, [latex]n[/latex] is the number of moles of electrons transferred per mole of reaction, and [latex]F[/latex] is the Faraday constant (charge per mole of electrons). The reaction quotient [latex]Q[/latex] for a hydrogen-oxygen ईंधन सेल ([latex]H_2 + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow H_2O[/latex]) is [latex]Q = \frac{p_{H_2O}}{p_{H_2} \cdot p_{O_2}^{1/2}}[/latex], where [latex]p[/latex] represents the partial pressures of the gaseous species.

यह समीकरण ईंधन सेल के व्यवहार के कई प्रमुख पहलुओं को उजागर करता है। सबसे पहले, यह दर्शाता है कि अभिकारकों के आंशिक दाब (pH₂, pO₂) बढ़ने पर सेल वोल्टेज बढ़ता है और उत्पाद के आंशिक दाब (pH₂O) बढ़ने पर घटता है। दूसरे, यह आदर्श वोल्टेज की तापमान निर्भरता का वर्णन करता है। जबकि नेर्नस्ट समीकरण अधिकतम सैद्धांतिक वोल्टेज को परिभाषित करता है, ईंधन सेल का वास्तविक परिचालन वोल्टेज हमेशा कम होता है, क्योंकि सेल से धारा प्रवाहित होने के बाद प्रतिक्रिया गतिकी, आंतरिक प्रतिरोध और द्रव्यमान परिवहन सीमाओं के कारण अप्रतिवर्ती हानियाँ उत्पन्न होती हैं जिन्हें ओवरपोटेंशियल (या ध्रुवीकरण) कहा जाता है।

UNESCO Nomenclature: 2203
भौतिक रसायन विज्ञान

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

ठोस

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • ऊष्मागतिकी के नियम, विशेष रूप से रासायनिक विभव पर गिब्स का कार्य
  • Faraday’s laws of इलेक्ट्रोलीज़
  • रासायनिक संतुलन की अवधारणा और द्रव्यमान क्रिया का नियम

आवेदन

  • विशिष्ट परिचालन तापमान और दबावों के तहत ईंधन सेल के अधिकतम संभावित वोल्टेज का पूर्वानुमान लगाना
  • अभिकारक की कमी के कारण ईंधन सेल के प्रदर्शन और वोल्टेज हानि का मॉडलिंग करना
  • वोल्टेज और दक्षता बढ़ाने के लिए उच्च दबाव वाले ईंधन सेल सिस्टम का डिजाइन तैयार करना
  • विद्युत रसायन विज्ञान और बैटरी विज्ञान में मौलिक अनुसंधान
  • आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोड और पीएच मीटर का अंशांकन

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • दक्षता अनुकूलन के लिए ईंधन सेल नियंत्रण प्रणालियों में एकीकृत वास्तविक समय के नेर्नस्ट पोटेंशियल कैलकुलेटर
  • sensors that directly measure reactant activities at the उत्प्रेरक surface for more accurate modeling
  • का विकास उत्प्रेरक that operate efficiently at lower partial pressures, minimizing the nernstian voltage drop
  • दबाव मॉड्यूलेशन का उपयोग करने वाले ईंधन सेल सिस्टम जो प्रतिक्रिया भागफल को सक्रिय रूप से प्रबंधित करते हैं और आउटपुट वोल्टेज को स्थिर करते हैं।
  • एक शैक्षिक सॉफ्टवेयर जो नेर्नस्ट समीकरण में मापदंडों को बदलने के प्रभाव को दर्शाता है।
  • निम्न श्रेणी की अपशिष्ट ऊष्मा की पुनर्प्राप्ति के लिए सांद्रण कक्षों को डिजाइन करने हेतु नेर्नस्ट सिद्धांतों का उपयोग करना
  • एआई मॉडल जो कोशिका क्षरण डेटा के आधार पर नेर्नस्ट क्षमता से विचलन की भविष्यवाणी करते हैं
  • ऐसी झिल्लियाँ जो कैथोड से उत्पादित जल को सक्रिय रूप से दूर ले जाती हैं ताकि अनुकूल अभिक्रिया अनुपात बना रहे।
  • माइक्रोफ्लुइडिक ईंधन सेल जो अभिकारक सांद्रता को सटीक रूप से नियंत्रित करके अधिकतम क्षमता प्रदान करते हैं
  • नेर्नस्ट समीकरण का उपयोग करके नए प्रकार के ईंधन सेल के लिए नवीन ईंधन/ऑक्सीकारक युग्मों की व्यवहार्यता का आकलन करना।
संबंधित विषय: नेर्नस्ट समीकरण, विद्युत रसायन विज्ञान, सेल विभव, वोल्टेज, गिब्स मुक्त ऊर्जा, अभिक्रिया भागफल, आंशिक दाब, ऊष्मागतिकी, वाल्थर नेर्नस्ट, ओपन-सर्किट वोल्टेज।

ऐतिहासिक संदर्भ

ईंधन सेल क्षमता के लिए नेर्नस्ट समीकरण

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

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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