Butler-Volmer-Gleichung


Butler-Volmer-Gleichung

Die Butler-Volmer-Gleichung (Durchtrittsstrom-Spannung-Beziehung) beschreibt, wie sich ein elektrochemischer Strom bei Änderung des Elektrodenpotentials ändert. Diese Gleichung bildet die Grundlage zur Erklärung zahlreicher Phänomene und zur Auslegung elektrochemischer Prozesse. Wichtigste Anwendungsfelder sind die galvanische Abscheidung von Metall oder die Beschreibung der Kennlinie von Akkumulatoren.

$ J = J_0 \cdot \left\{ \exp \left[ \frac { (1 - \alpha) \cdot z^\ddagger \cdot F } { R \cdot T } \cdot ( U - U_0 ) \right] - \exp \left[ - { \frac { \alpha \cdot z^\ddagger \cdot F } { R \cdot T } } \cdot ( U - U_0 ) \right] \right\} $

mit folgenden Parametern:

$ J $: Stromdichte
$ J_0 $: Austauschstromdichte, bezogen auf die Elektrodenoberfläche
$ U $: Elektrodenpotential
$ U_0 $: Gleichgewichtspotential
$ T $: Temperatur
$ z^\ddagger $: Ladungszahl (pro Stoffumsatz der Durchtrittsreaktion übertragene Elektronen)
$ F $: Faraday-Konstante
$ R $: universelle Gaskonstante
$ \alpha $: Durchtritts- oder Symmetriefaktor (in der angelsächsischen und neueren deutschsprachigen Literatur auf die Aktivierung der Reduktionsreaktion bezogen)

Diese Form gilt für Reaktionen, bei denen die Geschwindigkeit durch den Ladungsdurchtritt durch die Elektrode kontrolliert wird. In anderen Fällen gibt es ähnliche, zumeist komplizierte Gleichungen. Dabei ist die Differenz zwischen Elektroden- und Gleichgewichtspotential die Überspannung.

Die Butler-Volmer-Gleichung lässt sich aus der Kinetik ableiten. Vereinfachend beschreibt sie, dass die Geschwindigkeit einer (elektrochemischen) Reaktion exponentiell von der „treibenden Kraft“ der Reaktion abhängt.

Diese Gleichung wurde zuerst von den Chemikern John Alfred Valentine Butler und Max Volmer hergeleitet und nach ihnen benannt.

Siehe auch

Literatur

  • Klaus J. Vetter, Elektrochemische Kinetik
  • Peter W. Atkins, Physikalische Chemie

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Elektrochemie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen