विनिमय धारा और अतिविभव

विनिमय धारा घनत्व साम्यावस्था पर एक इलेक्ट्रोड अभिक्रिया की आंतरिक दर को मापता है, और अतिविभव वह अतिरिक्त विभव है जो शुद्ध धारा को प्रवाहित करने के लिए साम्यावस्था से परे आवश्यक होता है।

Definition

विनिमय धारा घनत्व साम्यावस्था पर एनोडिक और कैथोडिक आंशिक धाराओं का समान परिमाण है; अतिविभव इलेक्ट्रोड विभव का उसके साम्यावस्था मान से विचलन है जो एक दी गई शुद्ध धारा को बनाए रखने के लिए आवश्यक है।

Scope

यह विषय साम्यावस्था विभव पर संतुलित अग्र और पश्च दर के रूप में विनिमय धारा घनत्व, सक्रियण, सांद्रता और ओमिक घटकों में अतिविभव की परिभाषा और अपघटन, और ये मात्राएँ एक इलेक्ट्रोड अभिक्रिया की सुगमता को कैसे दर्शाती हैं, को शामिल करता है। इसमें तीव्र (उत्क्रमणीय) और धीमी (अनुत्क्रमणीय) इलेक्ट्रोड अभिक्रियाओं के बीच का अंतर शामिल है।

Core questions

• एक बड़ी बनाम छोटी विनिमय धारा घनत्व हमें एक इलेक्ट्रोड अभिक्रिया के बारे में क्या बताती है?
• कुल अतिविभव को सक्रियण, सांद्रता और ओमिक योगदानों में कैसे विभाजित किया जाता है?
• उच्च विनिमय धारा घनत्व वाली अभिक्रियाएँ विद्युत रासायनिक रूप से उत्क्रमणीय क्यों प्रतीत होती हैं?
• व्यावहारिक उपकरणों में अतिविभव ऊर्जा हानियों में कैसे परिवर्तित होते हैं?

Key theories

विनिमय धारा घनत्व

साम्यावस्था विभव पर अग्र और पश्च अभिक्रियाएँ समान गैर-शून्य दरों पर आगे बढ़ती हैं; उनका सामान्य मान, विनिमय धारा घनत्व, आंतरिक गतिज सुगमता को निर्धारित करता है और इलेक्ट्रोड सामग्री और अभिकर्मक सांद्रता पर निर्भर करता है।

अतिविभव का अपघटन

साम्यावस्था विभव से मापा गया विचलन धीमी आवेश हस्तांतरण से सक्रियण अतिविभव, सतह पर अभिकर्मक की कमी से सांद्रता अतिविभव, और इलेक्ट्रोलाइट प्रतिरोध से ओमिक ड्रॉप में विभाजित होता है।

Clinical relevance

विनिमय धारा घनत्व इलेक्ट्रोकैटेलिस्टों को रैंक करता है, जबकि अतिविभव का विश्लेषण ईंधन कोशिकाओं, बैटरियों और इलेक्ट्रोलाइज़र में दक्षता हानियों की व्याख्या करता है और कम-हानि वाले ऊर्जा-रूपांतरण उपकरणों के डिजाइन और संक्षारण ध्रुवीकरण डेटा की व्याख्या का आधार बनता है।

History

यह अवधारणा 1920-1930 के दशक में इलेक्ट्रोड गतिकी के बटलर-वोल्मर उपचार से उभरी, जिसमें विनिमय धारा घनत्व को साम्यावस्था गतिकी को टैफेल प्लॉट की ढलान और अवरोधन से जोड़ने वाले प्रमुख पैरामीटर के रूप में स्थापित किया गया; 20वीं सदी के मध्य की इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री में इलेक्ट्रोड सामग्री में व्यवस्थित सारणीकरण इसके बाद हुआ।

Key figures

• Max Volmer
• John A. V. Butler
• John Newman

Seminal works

• bard2001
• hamann2007
• newman2004

Frequently asked questions

उच्च विनिमय धारा घनत्व एक अभिक्रिया के लिए क्या दर्शाता है?

इसका अर्थ है कि अभिक्रिया आंतरिक रूप से तीव्र है और उपयोगी धारा प्रदान करने के लिए केवल एक छोटे अतिविभव की आवश्यकता होती है, इसलिए इलेक्ट्रोड उत्क्रमणीय व्यवहार करता है; प्लैटिनम पर हाइड्रोजन विकास अभिक्रिया उच्च-विनिमय-धारा का एक उत्कृष्ट उदाहरण है।

उपकरण दक्षता के लिए अतिविभव क्यों महत्वपूर्ण है?

अतिविभव का प्रत्येक वोल्ट ऊर्जा का अपव्यय है न कि संग्रहीत या वितरित, इसलिए सक्रियण, सांद्रता और ओमिक अतिविभवों को कम करने से बैटरियों, ईंधन कोशिकाओं और इलेक्ट्रोलाइज़र की राउंड-ट्रिप दक्षता सीधे सुधरती है।