Randamentul Faraday

Eficiența Faraday ( r f ) (sau Eficiența Coulomb ) este raportul dintre cantitatea de gaz produsă și cantitatea de gaz produsă teoretic în timpul unei electrolize .

Principiul electrolizei

Electroliza permite descompunerea unei molecule de hidrogen în doi ioni H + și doi e - electroni în contact cu un anod . Electronii vor curge de la anod la catod creând un curent electric . Anodul permite oxidarea (pierderea electronilor), terminalul +; catodul permite reducerea (câștigul de electroni), terminal -. Apoi ionii H + trec printr-un electrolit (material care blochează trecerea electronilor) și se re-asociază doi câte doi cu doi electroni și un atom de oxigen care vine din aer. Această reacție are loc la catod.

Reacție la anod (oxidare):

H 2 → 2H + + 2e -

Reacție catodică (reducere):

4H + + O 2+ 4 - → 2H 2 O

Reacția există și la descompunerea apei :

Reacția la anod:

2 (H 2 O) l → O 2g + 4H + aq + 4th -

Reacția la catod:

4 (H 2 O) l + 4e - → 2 (H 2 ) g + 4 (OH - ) aq

Calculul volumului teoretic

Pentru a determina această eficiență, trebuie măsurat volumul de hidrogen produs și energia electrică utilizată pentru a produce această cantitate.

Folosim următoarea formulă: PV = n R T

cu:

V : volumul de gaz produs teoretic în m 3 ;
n : numărul de moli de H 2 create;
P : presiunea ambiantă : 1,013 × 10 5 Pa ;
R : constanta universală a gazului ideal : 8,314 J · mol -1 · K -1 ;
T : temperatura ambiantă în K .

Această formulă face posibilă calcularea volumului de H 2 , pentru aceasta folosim constanta Faraday ( F ): n = I t / F , unde n este numărul de moli de electroni produși în timpul timpului de reacție, egal cu sarcinile totală produsă ( intensitatea curentului I , înmulțită cu durata de timp t ) împărțită taxa totală de un mol de cheltuieli elementare , F .

Pentru a genera o moleculă H 2 , sunt implicați doi electroni deoarece sunt implicați doi ioni H + ; numărul de moli de H 2 este apoi egal cu: n = I · t / (2 F ).

Deci volumul de gaz produs merită: V = R · T · I · t / (2 P · F ).

Randamentul Faraday

Eficiența Faraday este: r f = V real / V teoretic

cu:

Real V : volum real;
V teoretic : volum calculat.

De asemenea, putem calcula raportul dintre masa materialului produs și masa teoretică a materialului pentru o electroliză.

Eficienta energetica

Putem folosi eficiența Faraday pentru a calcula eficiența energetică ( r W ) cu formula: r W = W th / W r

cu:

energie electrică teoretică, W th = r f · E th · I · t , unde E th este diferența teoretică de tensiune electrică ;
energie electrică reală necesară pentru a produce sau consuma o cantitate dată de specii prin electroliză, W r = E r · I · t , unde E r este diferența de tensiune electrică dintre cele două terminale.

Fie formula completă: r W = r f · E th · I · t / E r · I · t

prin urmare:

{\ displaystyle r_ {W} = {\ frac {r _ {\ text {f}} E _ {\ text {th}}} {E _ {\ text {r}}}}}

, unde este randamentul Faraday.

{\ displaystyle r _ {\ text {f}}}

Surse