Eficiencia de Faraday
En electroquímica , la eficiencia de Faraday (también llamada eficiencia faradaica , rendimiento faradaico , eficiencia coulombiana o eficiencia de corriente ) describe la eficiencia con la que se transfiere la carga ( electrones ) en un sistema facilitando una reacción electroquímica . La palabra "Faraday" en este término tiene dos aspectos interrelacionados: primero, la unidad histórica para la carga es el faraday (F), pero desde entonces ha sido reemplazada por el culombio (C); y segundo, la constante de Faraday relacionada ( F ) correlaciona la carga con 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 la electrólisis . [1]
Fuentes de pérdida faradaica
Las células electrolíticas y galvánicas sufren pérdidas faradaicas cuando los electrones o iones participan en reacciones secundarias no deseadas. Estas pérdidas aparecen como subproductos químicos o de calor.
Un ejemplo de ello es la oxidación del agua a oxígeno en el electrodo positivo durante la electrólisis. También se puede producir peróxido de hidrógeno . [2] La fracción de electrones desviados de esta manera representa una pérdida faradaica y varía en los distintos 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 resultados positivos en experimentos de fusión fría . [3] [4]
Las celdas de combustible con membrana de intercambio de protones brindan otro ejemplo de pérdidas faradaicas cuando algunos de los electrones separados del hidrógeno en el ánodo se filtran a través de la membrana y llegan directamente al cátodo en lugar de pasar a través de la carga y realizar un trabajo útil . Idealmente, la membrana electrolítica sería un aislante perfecto y evitaría que esto sucediera. [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 se mide generalmente mediante electrólisis en masa, en la que una cantidad conocida de reactivo se convierte estequiométricamente en producto, medida por la corriente que pasa. Este resultado se compara luego con la cantidad observada de producto medida mediante otro método analítico.
Pérdida faradaica vs. voltaje y eficiencia energética
La pérdida faradaica es solo una forma de pérdida de energía en un sistema electroquímico. Otra es el sobrepotencial , la diferencia entre los voltajes teóricos y reales de los electrodos necesarios para impulsar la reacción a la velocidad deseada. Incluso una batería recargable con una eficiencia faradaica del 100 % 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 (2.ª 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 de enero de 2021). "Avances recientes en la oxidación electroquímica del agua para producir peróxido de hidrógeno: una perspectiva mecanicista". ACS Sustainable Chemistry & Engineering . 9 (1): 76–91. doi :10.1021/acssuschemeng.0c07263. S2CID 234271584.
- ^ 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 celdas de 'fusión fría'". 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 celdas electrolíticas de Ni-H 2 O". Tecnología de fusión . 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 .
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