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分解電圧―電力効率とターフェルの式―

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前回

前回は 電池の起電力―銀塩化銀電極とネルンストの式―を勉強しました。

keisan:ターフェルの式 学生実験−分解電圧

速度論について議論します。 セルに電流を流すということは反応を進行させるということでです。 電流をファラデー定数と反応に関与する電子の数で割ったら反応速度です。

電流の測定

電流計を電池に直接つないではいけません! まずは電流を測定してみましょう。 乾電池の電圧を開回路電圧で測定します。 次に電流を流して測定します。 流した電流はいくらでしたか? 電圧降下から内部抵抗を求めてみましょう。

分解電圧

平衡電位を超えたからといってすぐには反応ははじまりません。 実際に反応が始まる電圧を分解電圧といいます。

物質化学工学実験U 分解電圧

Pt | H2SO4 | Pt     (* )

過電圧

理論分解電圧と分解電圧の差を過電圧といいます。 過電圧には抵抗過電圧、濃度過電圧、活性化過電圧があります。

工業電解 の場合に特に重要な析出物質、水素、酸素、塩素にはそれぞれ水素過電圧、酸素過電圧、塩素過電圧 と呼ばれています。 電極の金属の種類によって過電圧が異なります。電解の場合には過電圧の小さな金属が選ばれます。 逆に電池の負極の場合には自己放電が小さく起電力が大きくなるように過電圧の大きな金属が選ばれます。

野村正勝・鈴鹿輝男, 最新工業化学―持続的社会に向けて― , 講談社サイエンティフィク, , (2004).
電解の化学

山下正通、小沢昭弥, 現代の電気化学, 丸善 , 目次 (2012).

電圧効率

電圧効率と電流効率から電力効率が求まります。

ターフェルの式

電流密度と過電圧には一定の関係があります。 実験的に求めた式をターフェルの式といいます。 ターフェルプロットをしてみましょう。 電位を平衡電位からずらすことを分極といいます。 一定の速度で分極して得られるグラフをボルタモグラムといいます。

keisan:ターフェルの式

電流が大きくなると溶液抵抗が支配的になり下記のようになります。 溶液抵抗から外挿して交点が分解電圧ということになります。 分解電圧から理論分解電圧を差し引けば反応過電圧が求まります。

電流電圧曲線
分解電圧にかかわる物理量
物理量 単位 備考
過電圧 η V ηIR+ηmt+ηa
抵抗過電圧 ηIR V
電流密度 j A/m² 電流÷ 電極面積 A
セル定数 a 1/m

物質化学工学実験U 分解電圧

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https://a.yamagata-u.ac.jp/amenity/~host/yz/c1/Education/EChem.asp
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次回

次回の 電気化学工業製品への応用1―アルマイト・エッチング―を勉強しましょう。

エネルギー変換化学特論電池の内部抵抗と過電圧


野村正勝・鈴鹿輝男 最新工業化学―持続的社会に向けて― 講談社サイエンティフィク
松林光男、渡辺弘, イラスト図解 工場のしくみ ,日本実業出版社
山下正通、小沢昭弥, 現代の電気化学, 丸善 , 目次 , (2012).


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立花研究室(要認証)
山形大学 准教授

伊藤智博

山形大学 大学院 理工学研究科
C1ラボラトリー
992-8510 山形県 米沢市
城南4丁目3-16
3号館(物質化学工学科 3-3301
Tel: 0238-26-3753
URL: http://c1.yz.yamagata-u.ac.jp/