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Tafel-Gleichung
Die Tafel-Gleichung beschreibt im Bereich der Elektrochemie näherungsweise den Zusammenhang zwischen der Stromdichte an einer Elektrode und dem …
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Kernidee und Bedeutung
Die Tafel-Gleichung beschreibt in der Elektrochemie näherungsweise den Zusammenhang zwischen der Stromdichte an einer Elektrode und dem Elektrodenpotential. Sie wurde 1905 von Julius Tafel empirisch gefunden. In einer Tafel-Auftragung entspricht der gerade, lineare Bereich der sogenannten Tafelgeraden.
Die Gleichung ist hilfreich, um die Zellspannung elektrochemischer Zellen zu berechnen, besonders bei der Elektrolyse. Auch für Brennstoffzellen ist sie wichtig, weil sie den elektrochemisch bedingten Spannungsabfall bei einem gegebenen Strom beschreibt. Eine zentrale Aussage lautet: Bei gegebenem Strom ist der Spannungsabfall umso niedriger, je höher der Austauschstrom der Zelle ist. Der Austauschstrom hängt vom verwendeten Katalysator ab; deshalb ist es ein Ziel der Brennstoffzellenentwicklung, Katalysatoren zu finden, die diesen Strom maximieren.
Formel und Größen
Die Tafel-Gleichung lautet:
U = (R · T) / (α · z · F) · ln(i / i₀)
Dabei ist U der Spannungsabfall. R ist die allgemeine Gaskonstante, T die absolute Temperatur, α der Durchtritts- oder Symmetriefaktor, z die Zahl der übertragenen Elektronen und F die Faraday-Konstante. ln bezeichnet den natürlichen Logarithmus. i₀ ist die Austauschstromdichte, i die Stromdichte.
Gültigkeit
Die Tafel-Gleichung gilt nur näherungsweise und nur in einem mittleren Strombereich. Bei kleineren Stromstärken beziehungsweise kleinen Überspannungen reicht sie nicht aus; dann muss die genauere Butler-Volmer-Gleichung verwendet werden.