En electroquímica , la eficiencia de Faraday (también llamada eficiencia faradaica , rendimiento faradaico , eficiencia coulómbica o eficiencia de corriente ) describe la eficiencia con la que se transfiere carga ( electrones ) en un sistema facilitando una reacción electroquímica . La palabra "Faraday" en este término tiene dos aspectos interrelacionados: primero, la unidad histórica de carga es el faraday (F), pero desde entonces ha sido reemplazada por el culombio (C); y en segundo lugar, la constante de Faraday relacionada ( F ) correlaciona la carga con los moles de materia y los electrones ( cantidad de sustancia ). Este fenómeno fue comprendido originalmente a través del trabajo de Michael Faraday y expresado en sus leyes de electrólisis . [1]
Tanto las celdas electrolíticas como las galvánicas experimentan pérdidas faradaicas cuando los electrones o iones participan en reacciones secundarias no deseadas. Estas pérdidas aparecen como calor y/o subproductos químicos.
Un ejemplo lo podemos encontrar en la oxidación del agua a oxígeno en el electrodo positivo en la electrólisis. Algunos electrones se desvían hacia la producción de peróxido de hidrógeno . [2] La fracción de electrones desviados de esta manera representa una pérdida faradaica y varía en diferentes aparatos.
Incluso cuando se producen los productos de electrólisis adecuados, aún pueden ocurrir 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 . De manera realista, esto podría suceder en presencia de materiales catalíticos como el platino o el paladio comúnmente utilizados como electrodos. Se ha identificado que no tener en cuenta este efecto de eficiencia de Faraday es la causa de la identificación errónea de resultados positivos en experimentos de fusión fría . [3] [4]
Las pilas de combustible con membrana de intercambio de protones proporcionan otro ejemplo de pérdidas faradaicas cuando algunos de los electrones separados del hidrógeno en el ánodo se escapan a través de la membrana y llegan al cátodo directamente en lugar de pasar a través de la carga y realizar un trabajo útil . Lo ideal sería que la membrana del electrolito fuera un perfecto aislante y evitara que esto suceda. [5]
Un ejemplo especialmente familiar de pérdida faradaica es la autodescarga que limita la vida útil de la batería.
La eficiencia faradaica de un diseño de celda generalmente se mide mediante electrólisis masiva 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.
La pérdida faradaica es sólo una forma de pérdida de energía en un sistema electroquímico. Otro 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 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.
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