(Immagine generata a solo scopo illustrativo)
Il sovrapotenziale è la differenza di potenziale (tensione) tra il potenziale di riduzione determinato termodinamicamente di una semireazione e il potenziale al quale si osserva sperimentalmente l'evento redox. Rappresenta l'energia supplementare necessaria per superare le barriere di attivazione affinché la reazione elettrolitica proceda a una velocità significativa. È un fattore chiave nell'efficienza energetica di tutti i processi elettrolitici.
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].
Il sovrapotenziale deriva da diverse fonti. Il sovrapotenziale di attivazione è correlato alla cinetica del trasferimento di elettroni passo sulla superficie dell'elettrodo stesso. Alcune reazioni, come l'evoluzione dell'idrogeno o dell'ossigeno gassoso, hanno una cinetica intrinsecamente lenta e richiedono un elevato sovrapotenziale di attivazione. Il sovrapotenziale di concentrazione si verifica quando la concentrazione dei reagenti sulla superficie dell'elettrodo differisce dalla concentrazione complessiva a causa della lenta diffusione. Il sovrapotenziale di resistenza è causato dalla resistenza dell'elettrolita o dei film sulla superficie dell'elettrodo.
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.
Sovratensione (chimica)
(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)
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