ファラデー効率

電気化学において、ファラデー効率（ファラデー効率、ファラデー収率、クーロン効率、電流効率とも呼ばれる）は、電気化学反応を促進するシステム内で電荷（電子）が転送される効率を表す。この用語の「ファラデー」という語には、相互に関連する2つの側面がある。第1に、電荷の歴史的な単位はファラデー（F）であるが、その後クーロン（C）に置き換えられた。第2に、関連するファラデー定数（F）は、電荷を物質のモル数および電子（物質の量）と相関させる。この現象はもともとマイケル・ファラデーの研究を通じて理解され、彼の電気分解の法則で表現された。^[1]

ファラデー損失は、電子またはイオンが望ましくない副反応に関与したときに、電解セルとガルバニセルの両方で発生します。これらの損失は、熱や化学副産物として現れます。

一例として、電気分解の正極で水が酸素に酸化される現象が挙げられます。過酸化水素も生成されます。^[2]このように転用される電子の割合はファラデー損失を表し、装置によって異なります。

適切な電気分解生成物が生成された場合でも、生成物が再結合すると損失が発生することがあります。水の電気分解中に、目的の生成物（H ₂とO ₂ ）が再結合して水を形成する可能性があります。これは、電極として一般的に使用されるプラチナやパラジウムなどの触媒物質が存在する場合に実際に発生する可能性があります。このファラデー効率効果を考慮しなかったことが、常温核融合実験で陽性結果が誤って識別される原因であることが判明しました。^{[3] [4]}

プロトン交換膜燃料電池は、アノードで水素から分離された電子の一部が膜を通り抜けて、負荷を通過して有用な仕事をする代わりに直接カソードに到達するというファラデー損失の別の例を提供します。理想的には、電解質膜は完全な絶縁体であり、これが起こるのを防ぎます。^[5]

ファラデー損失の特によく知られた例は、バッテリーの寿命を制限する 自己放電です。

セル設計のファラデー効率は通常、既知量の試薬が化学量論的に生成物に変換されるバルク電気分解によって測定され、通過した電流によって測定されます。次に、この結果は、別の分析方法で測定された生成物の観測量と比較されます。

ファラデー損失は、電気化学システムにおけるエネルギー損失の 1 つの形態にすぎません。もう 1 つは過電圧です。これは、反応を所望の速度で駆動するために必要な理論上の電極電圧と実際の電極電圧の差です。ファラデー効率が 100% の充電式バッテリーでも、放電中に発生する電圧よりも高い電圧で充電する必要があるため、全体的なエネルギー効率は電圧効率とファラデー効率の積になります。100% 未満の電圧効率は、現実世界のあらゆる化学反応の 熱力学的不可逆性を反映しています。