La eficiencia de Faraday ( r f ) (o eficiencia de Coulomb ) es la relación entre la cantidad de gas producida y la cantidad de gas producida teóricamente durante una electrólisis .
La electrólisis permite que una molécula de hidrógeno se descomponga en dos iones H + y dos electrones e - en contacto con un ánodo . Los electrones fluirán del ánodo al cátodo creando una corriente eléctrica . El ánodo permite la oxidación (pérdida de electrones), terminal +; el cátodo permite la reducción (ganancia de electrones), terminal -. Luego, los iones H + pasan a través de un electrolito (material que bloquea el paso de electrones) y se vuelven a asociar de dos en dos con dos electrones y un átomo de oxígeno proveniente del aire. Esta reacción tiene lugar en el cátodo.
Reacción al ánodo (oxidación):
H 2 → 2H + + 2e -Reacción catódica (reducción):
4H + + O 2+ 4to - → 2H 2 OLa reacción también existe para descomponer el agua :
Reacción al ánodo:
2 (H 2 O) l → O 2g + 4H + aq + cuarto -Reacción en el cátodo:
4 (H 2 O) l + 4e - → 2 (H 2 ) g + 4 (OH - ) acPara determinar esta eficiencia, debemos medir el volumen de hidrógeno producido y la energía eléctrica utilizada para producir esta cantidad.
Usamos la siguiente fórmula: PV = n R T
con :
Esta fórmula permite calcular el volumen de H 2 , para ello utilizamos la constante de Faraday ( F ): n = I t / F , donde n es el número de moles de electrones producidos durante el tiempo de reacción, igual a las cargas total producido ( intensidad de corriente I multiplicada por el tiempo de duración t ) dividida por la carga total de un mol de cargas elementales , F .
Para generar una molécula de H 2 , están involucrados dos electrones porque están involucrados dos iones H + ; el número de moles de H 2 es entonces igual a: n = I · t / (2 F ).
Entonces, el volumen de gas producido vale: V = R · T · I · t / (2 P · F ).
La eficiencia de Faraday es: r f = V real / V teórico
con :
También podemos calcular la relación entre la masa de material producido y la masa teórica de material para una electrólisis.
Podemos usar la eficiencia de Faraday para calcular la eficiencia energética ( r W ) con la fórmula: r W = W th / W r
con :
O la fórmula completa: r W = r f · E th · I · t / E r · I · t
Entonces :
, donde está el rendimiento de Faraday.