전기화학 동역학

전기화학 동역학(영어: Electrochemical kinetics)은 전기화학 공정의 반응 속도를 연구하는 전기화학 분야이다. 여기에는 농도 및 전위와 같은 공정 조건이 전극 표면에서 발생하는 산화 및 환원(산화·환원 반응) 반응 속도에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구와 전기화학적 반응 과정에 대한 조사가 포함된다. 전기화학 반응에는 두 가지 수반되는 과정이 포함되며 전체 반응 속도에 영향을 미친다.

• 전극과 전해질 사이의 계면에서 전자전달
• 용액 내부에서 전극 표면으로 산화·환원 종의 이동; 이동은 확산, 대류 및 일렉트로마이그레이션에 의해 발생할 수 있다.

이 분야에 기여한 사람들은 알렉산더 프룸킨, 존 앨프리드 발렌타인 버틀러, 막스 폴머, 율리우스 타펠이 있다.

버틀러-폴머 방정식

초등 전하 이동 단계는 존 앨프리드 발렌타인 버틀러와 막스 폴머가 제안한 버틀러-폴머 모델로 설명할 수 있다. 반응 속도는 버틀러-폴머 방정식으로 주어진다.^[1]

${\displaystyle j=j_{0}\left\{\exp \left[{\frac {(1-\alpha )z\mathrm {F} }{\mathrm {R} \mathrm {T} }}\eta \right]-\exp \left[-{\frac {\alpha z\mathrm {F} }{\mathrm {R} \mathrm {T} }}\eta \right]\right\},\;\eta =\mathrm {E} -\mathrm {E_{eq}} }$

이 방정식에서 ${\displaystyle j}$는 순수 전류 밀도, ${\displaystyle j_{0}}$는 교환 전류 밀도, ${\displaystyle \alpha }$는 전하 이동 계수, ${\displaystyle z}$는 반응에서 이동된 전자의 수, ${\displaystyle F}$는 패러데이 상수, ${\displaystyle R}$은 기체 상수, ${\displaystyle T}$는 열역학 온도, ${\displaystyle \eta }$는 전극 과전압, ${\displaystyle E_{eq}}$는 열역학적 평형 산화·환원 전위 및 ${\displaystyle E}$는 이 전위의 관찰 값이다.

이 방정식은 환원 반응(음의 과전압)에 대해 음의 전류 밀도를, 산화 반응(양의 과전압)에 대해 양의 전류 밀도를 산출한다. 전류 밀도의 부호는 물리적 의미가 없으며 국제 협약에 의해 정의된다.

같이 보기

• 타펠 방정식