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过电位(化学)

1910
  • Julius Tafel
说明电化学过电位的工业电解槽装置。

(图片仅供参考)

过电位是半反应热力学确定的还原电位与实验观察到的氧化还原反应电位之间的电位差(电压)。它表示电极反应以显著速率进行时克服活化障碍所需的额外能量。它是影响所有电解过程能量效率的关键因素。

在理想的电解池中,驱动反应所需的外加电压正好等于电解池的标准电极电位([latex]E^0_{cell}[/latex])。但实际上,几乎总是需要更高的电压。这个过高的电压就是过电位([latex]/eta[/latex])。电池总电势([latex]E_{cell}[/latex])是平衡电势、两个电极上的过电势以及电解质上的欧姆降(IR 降)之和:[latex]E_{cell} = E^0_{cell}+ \eta_{anode}+ \eta_{ 阴极}+ IR_{drop}[/latex].

过电位的产生有多种原因。活化过电位与电极表面电子转移步骤的动力学有关。某些反应,例如氢气或氧气的释放,本身具有较慢的动力学,需要较大的活化过电位。当反应物在电极表面的浓度由于扩散速度较慢而与本体浓度不同时,就会发生浓度过电位。电阻过电位是由电极表面电解质或薄膜的电阻引起的。

电流密度(j)和活化过电位之间的关系通常用塔菲尔方程来描述:[latex]\eta = a + b \log(j)[/latex], 其中 "a "和 "b "是电极反应和材料特有的常数(塔菲尔参数)。该等式表明,要获得更高的反应速率(更高的电流密度),需要更大的过电位。设计高效电化学系统的主要目标是最大限度地降低过电位,通常可通过使用电催化剂(降低活化能的材料)、提高工作温度或优化电极结构以增强质量传输来实现。

UNESCO Nomenclature: 2406
- 电化学

类型

物理现象

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 描述平衡电极电位的能斯特方程
  • 将反应速率与活化能联系起来的阿伦尼乌斯方程
  • 化学动力学概念的发展
  • 法拉第电解定律

应用程序

  • 设计高效的工业电解器(例如用于制氢)
  • 开发更好的催化剂以减少燃料电池的能量损失
  • 了解和预防腐蚀
  • 提高电池充电时的性能
  • 优化电镀工艺以获得均匀的涂层

专利:

NA

潜在创新理念

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相关内容: 过电位、电解、电化学、塔菲尔方程、活化能、电压效率、电催化、电流密度。

历史背景

过电位(化学)

1800-05-02
1880
1900
1910
1921
1930
1930
1800
1834-01-01
1880
1902
1920
1928
1930
1940

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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