La eficiencia de Faraday (también llamada eficiencia faradaica , rendimiento faradaico , eficiencia culómbica o eficiencia actual ) describe la eficiencia con la que se transfieren cargas ( electrones ) en un sistema que facilita una reacción electroquímica . La palabra "Faraday" en este término tiene dos aspectos interrelacionados. Primero, la unidad histórica de carga es el faraday , pero desde entonces ha sido reemplazada por el coulomb . En segundo lugar, la constante de Faraday relacionada correlaciona la carga con los moles de materia y electrones ( cantidad de sustancia ). Este fenómeno se entendió originalmente a través del trabajo de Michael Faraday y se expresó en sus leyes de electrólisis . [1]
Fuentes de pérdida faradaica
Tanto las células electrolíticas como las galvánicas experimentan pérdidas faradaicas cuando los electrones o iones participan en reacciones secundarias no deseadas. Estas pérdidas aparecen como subproductos químicos y / o de calor.
Un ejemplo se puede encontrar en la oxidación del agua a oxígeno en el electrodo positivo en la electrólisis. Algunos electrones se desvían a la producción de peróxido de hidrógeno . [2] La fracción de electrones así desviada representa una pérdida faradaica y varía en diferentes aparatos.
Incluso cuando se producen los productos de electrólisis adecuados, aún pueden producirse pérdidas si se permite que los productos se recombinen. Durante la electrólisis del agua , los productos deseados ( H 2 y O 2 ), podrían recombinarse para formar agua . Esto podría suceder de manera realista en presencia de materiales catalíticos como el platino o el paladio que se usan comúnmente como electrodos. El hecho de no tener en cuenta este efecto de eficiencia de Faraday se ha identificado como la causa de la identificación errónea de los resultados positivos en los experimentos de fusión en frío . [3] [4]
Las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones proporcionan otro ejemplo de pérdidas faradaicas cuando algunos de los electrones separados del hidrógeno en el ánodo se filtran a través de la membrana y alcanzan el cátodo directamente en lugar de pasar a través de la carga y realizar un trabajo útil . Idealmente, la membrana de electrolito sería un aislante perfecto y evitaría que esto suceda. [5]
Un ejemplo especialmente conocido de pérdida faradaica es la autodescarga que limita la vida útil de la batería.
Métodos de medición de la pérdida faradaica
La eficiencia faradaica de un diseño de celda generalmente se mide mediante electrólisis en masa, donde una cantidad conocida de reactivo se convierte estequiométricamente en producto, según se mide por la corriente que pasa. Luego, este resultado se compara con la cantidad observada de producto medida mediante otro método analítico.
Pérdida faradaica frente a voltaje y eficiencia energética
La pérdida faradaica es solo una forma de pérdida de energía en un sistema electroquímico. Otro es el sobrepotencial , la diferencia entre los voltajes de electrodo teóricos y reales necesarios para impulsar la reacción a la velocidad deseada. Incluso una batería recargable con un 100% de eficiencia faradaica requiere cargarse a un voltaje más alto que el que produce durante la descarga, por lo que su eficiencia energética general es el producto de la eficiencia del voltaje y la eficiencia faradaica. Las eficiencias de voltaje por debajo del 100% reflejan la irreversibilidad termodinámica de cada reacción química del mundo real.
Referencias
- ^ Bard, AJ; Faulkner, LR (2000). Métodos electroquímicos: fundamentos y aplicaciones (2ª ed.). Nueva York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-04372-9.
- ^ Mavrikis, Sotirios; Perry, Samuel C .; Leung, Pui Ki; Wang, Ling; Ponce de León, Carlos (11/01/2021). "Avances recientes en la oxidación electroquímica del agua para producir peróxido de hidrógeno: una perspectiva mecanicista" . Química e Ingeniería Sostenible ACS . 9 (1): 76–91. doi : 10.1021 / acssuschemeng.0c07263 .
- ^ Jones, JE; et al. (1995). "Las eficiencias faradaicas inferiores al 100% durante la electrólisis del agua pueden explicar los informes de exceso de calor en las células de 'fusión en frío'". J. Phys. Chem. 99 (18): 6973–6979. doi : 10.1021 / j100018a033 .
- ^ Shkedi, Z .; et al. (1995). "Calorimetría, exceso de calor y eficiencia de Faraday en células electrolíticas de Ni-H 2 O". Tecnología Fusion . 28 (4): 1720-1731. doi : 10.13182 / FST95-A30436 .
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 21 de septiembre de 2008 . Consultado el 8 de octubre de 2008 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )