फैराडे दक्षता: Difference between revisions

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[[इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री]] में, फैराडे दक्षता (जिसे फैराडिक दक्षता, फैराडिक उपज, कूलॉम्बिक दक्षता या वर्तमान दक्षता भी कहा जाता है) उस दक्षता का वर्णन करती है जिसके साथ [[ बिजली का आवेश ]] ([[इलेक्ट्रॉन]]) को एक [[ रिडॉक्स ]] की सुविधा देने वाली प्रणाली में स्थानांतरित किया जाता है। इस शब्द में फैराडे शब्द के दो परस्पर संबंधित पहलू हैं: पहला, [[चार्ज (भौतिकी)]] के लिए ऐतिहासिक इकाई [[फैराडे (चार्ज)]] (एफ) है, लेकिन तब से इसे [[कूलम्ब]] (सी) द्वारा बदल दिया गया है; और दूसरा, संबंधित फैराडे स्थिरांक ({{mvar|F}}) पदार्थ के मोल (इकाई) और इलेक्ट्रॉन ([[पदार्थ की मात्रा]]) के साथ आवेश को संबद्ध करता है। इस घटना को मूल रूप से [[माइकल फैराडे]] के काम के माध्यम से समझा गया था और उनके फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों में व्यक्त किया गया था।<ref>{{cite book |last1=Bard |first1=A. J. |last2=Faulkner |first2=L. R. |title=Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications |location=New York |publisher=John Wiley & Sons |edition=2nd |year=2000 |isbn=0-471-04372-9 }}</ref>
[[इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री|वैद्युतरसायन]] में, फैराडे दक्षता (जिसे फैराडिक दक्षता, फैराडिक उपज, कूलॉम्बिक दक्षता या वर्तमान दक्षता भी कहा जाता है) उस दक्षता का वर्णन करती है जिसके साथ [[ बिजली का आवेश |विदयुत का आवेश]] ([[इलेक्ट्रॉन]]) को एक [[ रिडॉक्स |रिडॉक्स]] की सुविधा देने वाली प्रणाली में स्थानांतरित किया जाता है। इस शब्द में फैराडे शब्द के दो परस्पर संबंधित पहलू हैं: पहला, [[चार्ज (भौतिकी)]] के लिए ऐतिहासिक इकाई [[फैराडे (चार्ज)]] (एफ) है, किन्तु तब से इसे [[कूलम्ब]] (सी) द्वारा बदल दिया गया है; और दूसरा, संबंधित फैराडे स्थिरांक ({{mvar|F}}) पदार्थ के मोल (इकाई) और इलेक्ट्रॉन ([[पदार्थ की मात्रा]]) के साथ आवेश को संबद्ध करता है। इस घटना को मूल रूप से [[माइकल फैराडे]] के काम के माध्यम से समझा गया था और उनके फैराडे के विद्युत् अपघटन के नियमों में व्यक्त किया गया था।<ref>{{cite book |last1=Bard |first1=A. J. |last2=Faulkner |first2=L. R. |title=Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications |location=New York |publisher=John Wiley & Sons |edition=2nd |year=2000 |isbn=0-471-04372-9 }}</ref>
== फैराडिक हानि के स्रोत ==
फैराडिक हानि विद्युत् अपघट्य और [[ बिजली उत्पन्न करनेवाली सेल |विदयुत उत्पन्न करने वाली सेल]] द्वारा अनुभव किया जाता है जब इलेक्ट्रॉन या आयन अवांछित पक्ष प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। ये हानि गर्मी और/या रासायनिक उप-उत्पादों के रूप में दिखाई देते हैं।


विद्युत् अपघटन में सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर [[ऑक्सीजन]] के लिए जल के विद्युत् अपघटन में एक उदाहरण पाया जा सकता है। कुछ इलेक्ट्रॉनों को [[हाइड्रोजन पेरोक्साइड]] के उत्पादन के लिए मोड़ दिया जाता है।<ref>{{Cite journal|last1=Mavrikis|first1=Sotirios|last2=Perry|first2=Samuel C.|last3=Leung|first3=Pui Ki|last4=Wang|first4=Ling|last5=Ponce de León|first5=Carlos|date=2021-01-11|title=Recent Advances in Electrochemical Water Oxidation to Produce Hydrogen Peroxide: A Mechanistic Perspective|url=https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c07263|journal=ACS Sustainable Chemistry & Engineering|volume=9|issue=1|pages=76–91|doi=10.1021/acssuschemeng.0c07263|s2cid=234271584 }}</ref> डायवर्ट किए गए इलेक्ट्रॉनों का अंश फैराडिक हानि का प्रतिनिधित्व करता है और विभिन्न उपकरणों में भिन्न होता है।


== फैराडिक हानि के स्रोत ==
यहां तक ​​कि जब उचित विद्युत् अपघटन उत्पादों का उत्पादन किया जाता है, तब भी हानि हो सकता है यदि उत्पादों को पुनर्संयोजित करने की अनुमति दी जाती है। [[पानी इलेक्ट्रोलिसिस|जल विद्युत् अपघटन]] के समय, वांछित उत्पाद (H2 और O2), [[पानी|जल]] बनाने के लिए पुनः संयोजित हो सकता है। यह वास्तव में उत्प्रेरक सामग्री जैसे [[ प्लैटिनम |प्लैटिनम]] या [[ दुर्ग |दुर्ग]] की उपस्थिति में हो सकता है जो सामान्यतः इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जाता है। इस [[फैराडे-दक्षता प्रभाव]] के लिए खाते में विफलता को शीत संलयन प्रयोगों में सकारात्मक परिणामों की गलत पहचान के कारण के रूप में पहचाना गया है।<ref>{{cite journal |title=पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान 100% से कम फैराडिक क्षमता 'ठंड संलयन' कोशिकाओं में अतिरिक्त गर्मी की रिपोर्ट के लिए जिम्मेदार हो सकती है|first=J. E. |last=Jones |journal=[[Journal of Physical Chemistry|J. Phys. Chem.]] |volume=99 |year=1995 |issue=18 |pages=6973–6979 |doi=10.1021/j100018a033 |display-authors=etal}}</ref><ref>{{cite journal |title=Calorimetry, Excess Heat, and Faraday Efficiency in Ni-H<sub>2</sub>O Electrolytic Cells |first=Z. |last=Shkedi |journal=Fusion Technology |volume=28 |issue=4 |year=1995 |pages=1720–1731 |doi= 10.13182/FST95-A30436|display-authors=etal}}</ref>
फैराडिक नुकसान [[इलेक्ट्रोलाइट]]िक और [[ बिजली उत्पन्न करनेवाली सेल ]] सेल दोनों द्वारा अनुभव किया जाता है जब इलेक्ट्रॉन या आयन अवांछित पक्ष प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। ये नुकसान गर्मी और/या रासायनिक उप-उत्पादों के रूप में दिखाई देते हैं।


इलेक्ट्रोलिसिस में सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर [[ऑक्सीजन]] के लिए पानी के इलेक्ट्रोलिसिस में एक उदाहरण पाया जा सकता है। कुछ इलेक्ट्रॉनों को [[हाइड्रोजन पेरोक्साइड]] के उत्पादन के लिए मोड़ दिया जाता है।<ref>{{Cite journal|last1=Mavrikis|first1=Sotirios|last2=Perry|first2=Samuel C.|last3=Leung|first3=Pui Ki|last4=Wang|first4=Ling|last5=Ponce de León|first5=Carlos|date=2021-01-11|title=Recent Advances in Electrochemical Water Oxidation to Produce Hydrogen Peroxide: A Mechanistic Perspective|url=https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c07263|journal=ACS Sustainable Chemistry & Engineering|volume=9|issue=1|pages=76–91|doi=10.1021/acssuschemeng.0c07263|s2cid=234271584 }}</ref> डायवर्ट किए गए इलेक्ट्रॉनों का अंश फैराडिक नुकसान का प्रतिनिधित्व करता है और विभिन्न उपकरणों में भिन्न होता है।
[[प्रोटॉन विनिमय झिल्ली ईंधन सेल]] फैराडिक हानि का एक और उदाहरण प्रदान करते हैं जब कुछ इलेक्ट्रॉन झिल्ली के माध्यम से [[एनोड]] रिसाव पर हाइड्रोजन से अलग हो जाते हैं और लोड से गुजरने और उपयोगी [[कार्य (थर्मोडायनामिक्स)|कार्य (ऊष्मा गतिकी)]] करने के अतिरिक्त सीधे [[कैथोड]] तक पहुंच जाते हैं। आदर्श रूप से विद्युत् अपघट्य झिल्ली एक आदर्श इन्सुलेटर होगा और ऐसा होने से रोकेगा।<ref>{{Cite web |url=http://www.scied.science.doe.gov/nmsb/hydrogen/Fuel%20Cell%20Efficiency.pdf |title=संग्रहीत प्रति|access-date=2008-10-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080921161024/http://www.scied.science.doe.gov/nmsb/hydrogen/Fuel%20Cell%20Efficiency.pdf |archive-date=2008-09-21 |url-status=dead }}</ref>


यहां तक ​​कि जब उचित इलेक्ट्रोलिसिस उत्पादों का उत्पादन किया जाता है, तब भी नुकसान हो सकता है यदि उत्पादों को पुनर्संयोजित करने की अनुमति दी जाती है। पानी [[पानी इलेक्ट्रोलिसिस]] के दौरान, वांछित उत्पाद (हाइड्रोजन | एच<sub>2</sub>और ऑक्सीजन | ओ<sub>2</sub>), [[पानी]] बनाने के लिए पुनः संयोजित हो सकता है। यह वास्तव में उत्प्रेरक सामग्री जैसे [[ प्लैटिनम ]] या [[ दुर्ग ]] की उपस्थिति में हो सकता है जो आमतौर पर इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जाता है। इस [[फैराडे-दक्षता प्रभाव]] के लिए खाते में विफलता को शीत संलयन प्रयोगों में सकारात्मक परिणामों की गलत पहचान के कारण के रूप में पहचाना गया है।<ref>{{cite journal |title=पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान 100% से कम फैराडिक क्षमता 'ठंड संलयन' कोशिकाओं में अतिरिक्त गर्मी की रिपोर्ट के लिए जिम्मेदार हो सकती है|first=J. E. |last=Jones |journal=[[Journal of Physical Chemistry|J. Phys. Chem.]] |volume=99 |year=1995 |issue=18 |pages=6973–6979 |doi=10.1021/j100018a033 |display-authors=etal}}</ref><ref>{{cite journal |title=Calorimetry, Excess Heat, and Faraday Efficiency in Ni-H<sub>2</sub>O Electrolytic Cells |first=Z. |last=Shkedi |journal=Fusion Technology |volume=28 |issue=4 |year=1995 |pages=1720–1731 |doi= 10.13182/FST95-A30436|display-authors=etal}}</ref>
फैराडिक हानि का एक विशेष रूप से परिचित उदाहरण स्व-निर्वहन है जो बैटरी शेल्फ-लाइफ को सीमित करता है।
[[प्रोटॉन विनिमय झिल्ली ईंधन सेल]] फैराडिक नुकसान का एक और उदाहरण प्रदान करते हैं जब कुछ इलेक्ट्रॉन झिल्ली के माध्यम से [[एनोड]] रिसाव पर हाइड्रोजन से अलग हो जाते हैं और लोड से गुजरने और उपयोगी [[कार्य (थर्मोडायनामिक्स)]] करने के बजाय सीधे [[कैथोड]] तक पहुंच जाते हैं। आदर्श रूप से इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली एक आदर्श इन्सुलेटर होगा और ऐसा होने से रोकेगा।<ref>{{Cite web |url=http://www.scied.science.doe.gov/nmsb/hydrogen/Fuel%20Cell%20Efficiency.pdf |title=संग्रहीत प्रति|access-date=2008-10-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080921161024/http://www.scied.science.doe.gov/nmsb/hydrogen/Fuel%20Cell%20Efficiency.pdf |archive-date=2008-09-21 |url-status=dead }}</ref>
फैराडिक नुकसान का एक विशेष रूप से परिचित उदाहरण स्व-निर्वहन है जो बैटरी शेल्फ-लाइफ को सीमित करता है।


== फैराडिक हानि को मापने के तरीके ==
== फैराडिक हानि को मापने की विधि ==
सेल डिजाइन की फैराडिक दक्षता को आमतौर पर बल्क इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से मापा जाता है, जहां अभिकर्मक की   ज्ञात मात्रा को [[ रससमीकरणमितीय ]] रूप से उत्पाद में परिवर्तित किया जाता है, जैसा कि वर्तमान पारित द्वारा मापा जाता है। इसके बाद इस परिणाम की तुलना किसी अन्य विश्लेषणात्मक विधि से मापी गई उत्पाद की प्रेक्षित मात्रा से की जाती है।
सेल डिजाइन की फैराडिक दक्षता को सामान्यतः बल्क विद्युत् अपघटन के माध्यम से मापा जाता है, जहां अभिकर्मक की ज्ञात मात्रा को [[ रससमीकरणमितीय |रससमीकरणमितीय]] रूप से उत्पाद में परिवर्तित किया जाता है, जैसा कि वर्तमान पारित द्वारा मापा जाता है। इसके बाद इस परिणाम की तुलना किसी अन्य विश्लेषणात्मक विधि से मापी गई उत्पाद की प्रेक्षित मात्रा से की जाती है।


== फैराडिक हानि बनाम वोल्टेज और ऊर्जा दक्षता ==
== फैराडिक हानि बनाम वोल्टेज और ऊर्जा दक्षता ==
विद्युत रासायनिक प्रणाली में फैराडिक हानि ऊर्जा हानि का केवल एक रूप है। एक और अधिक संभावित है, वांछित दर पर प्रतिक्रिया को चलाने के लिए आवश्यक सैद्धांतिक और वास्तविक इलेक्ट्रोड वोल्टेज के बीच का अंतर। यहां तक ​​कि 100% फैराडिक दक्षता वाली रिचार्जेबल बैटरी को डिस्चार्ज के दौरान पैदा होने वाले वोल्टेज की तुलना में अधिक वोल्टेज पर चार्ज करने की आवश्यकता होती है, इसलिए इसकी समग्र [[ऊर्जा रूपांतरण दक्षता]] वोल्टेज दक्षता और फैराडिक दक्षता का उत्पाद है। 100% से कम वोल्टेज दक्षता वास्तविक दुनिया की हर रासायनिक प्रतिक्रिया की [[प्रतिवर्ती प्रक्रिया (थर्मोडायनामिक्स)]] को दर्शाती है।
विद्युत रासायनिक प्रणाली में फैराडिक ऊर्जा हानि का केवल एक रूप है। एक और अधिक संभावित है, वांछित दर पर प्रतिक्रिया को चलाने के लिए आवश्यक सैद्धांतिक और वास्तविक इलेक्ट्रोड वोल्टेज के मधय का अंतर। यहां तक ​​कि 100% फैराडिक दक्षता वाली रिचार्जेबल बैटरी को डिस्चार्ज के समय उत्पन्न होने वाले वोल्टेज की तुलना में अधिक वोल्टेज पर चार्ज करने की आवश्यकता होती है, इसलिए इसकी समग्र [[ऊर्जा रूपांतरण दक्षता]] वोल्टेज दक्षता और फैराडिक दक्षता का उत्पाद है। 100% से कम वोल्टेज दक्षता वास्तविक दुनिया की हर रासायनिक प्रतिक्रिया की [[प्रतिवर्ती प्रक्रिया (थर्मोडायनामिक्स)|प्रतिवर्ती प्रक्रिया ( ऊष्मा गतिकी)]] को दर्शाती है।
 
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Latest revision as of 09:38, 19 April 2023

वैद्युतरसायन में, फैराडे दक्षता (जिसे फैराडिक दक्षता, फैराडिक उपज, कूलॉम्बिक दक्षता या वर्तमान दक्षता भी कहा जाता है) उस दक्षता का वर्णन करती है जिसके साथ विदयुत का आवेश (इलेक्ट्रॉन) को एक रिडॉक्स की सुविधा देने वाली प्रणाली में स्थानांतरित किया जाता है। इस शब्द में फैराडे शब्द के दो परस्पर संबंधित पहलू हैं: पहला, चार्ज (भौतिकी) के लिए ऐतिहासिक इकाई फैराडे (चार्ज) (एफ) है, किन्तु तब से इसे कूलम्ब (सी) द्वारा बदल दिया गया है; और दूसरा, संबंधित फैराडे स्थिरांक (F) पदार्थ के मोल (इकाई) और इलेक्ट्रॉन (पदार्थ की मात्रा) के साथ आवेश को संबद्ध करता है। इस घटना को मूल रूप से माइकल फैराडे के काम के माध्यम से समझा गया था और उनके फैराडे के विद्युत् अपघटन के नियमों में व्यक्त किया गया था।[1]

फैराडिक हानि के स्रोत

फैराडिक हानि विद्युत् अपघट्य और विदयुत उत्पन्न करने वाली सेल द्वारा अनुभव किया जाता है जब इलेक्ट्रॉन या आयन अवांछित पक्ष प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। ये हानि गर्मी और/या रासायनिक उप-उत्पादों के रूप में दिखाई देते हैं।

विद्युत् अपघटन में सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीजन के लिए जल के विद्युत् अपघटन में एक उदाहरण पाया जा सकता है। कुछ इलेक्ट्रॉनों को हाइड्रोजन पेरोक्साइड के उत्पादन के लिए मोड़ दिया जाता है।[2] डायवर्ट किए गए इलेक्ट्रॉनों का अंश फैराडिक हानि का प्रतिनिधित्व करता है और विभिन्न उपकरणों में भिन्न होता है।

यहां तक ​​कि जब उचित विद्युत् अपघटन उत्पादों का उत्पादन किया जाता है, तब भी हानि हो सकता है यदि उत्पादों को पुनर्संयोजित करने की अनुमति दी जाती है। जल विद्युत् अपघटन के समय, वांछित उत्पाद (H2 और O2), जल बनाने के लिए पुनः संयोजित हो सकता है। यह वास्तव में उत्प्रेरक सामग्री जैसे प्लैटिनम या दुर्ग की उपस्थिति में हो सकता है जो सामान्यतः इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जाता है। इस फैराडे-दक्षता प्रभाव के लिए खाते में विफलता को शीत संलयन प्रयोगों में सकारात्मक परिणामों की गलत पहचान के कारण के रूप में पहचाना गया है।[3][4]

प्रोटॉन विनिमय झिल्ली ईंधन सेल फैराडिक हानि का एक और उदाहरण प्रदान करते हैं जब कुछ इलेक्ट्रॉन झिल्ली के माध्यम से एनोड रिसाव पर हाइड्रोजन से अलग हो जाते हैं और लोड से गुजरने और उपयोगी कार्य (ऊष्मा गतिकी) करने के अतिरिक्त सीधे कैथोड तक पहुंच जाते हैं। आदर्श रूप से विद्युत् अपघट्य झिल्ली एक आदर्श इन्सुलेटर होगा और ऐसा होने से रोकेगा।[5]

फैराडिक हानि का एक विशेष रूप से परिचित उदाहरण स्व-निर्वहन है जो बैटरी शेल्फ-लाइफ को सीमित करता है।

फैराडिक हानि को मापने की विधि

सेल डिजाइन की फैराडिक दक्षता को सामान्यतः बल्क विद्युत् अपघटन के माध्यम से मापा जाता है, जहां अभिकर्मक की ज्ञात मात्रा को रससमीकरणमितीय रूप से उत्पाद में परिवर्तित किया जाता है, जैसा कि वर्तमान पारित द्वारा मापा जाता है। इसके बाद इस परिणाम की तुलना किसी अन्य विश्लेषणात्मक विधि से मापी गई उत्पाद की प्रेक्षित मात्रा से की जाती है।

फैराडिक हानि बनाम वोल्टेज और ऊर्जा दक्षता

विद्युत रासायनिक प्रणाली में फैराडिक ऊर्जा हानि का केवल एक रूप है। एक और अधिक संभावित है, वांछित दर पर प्रतिक्रिया को चलाने के लिए आवश्यक सैद्धांतिक और वास्तविक इलेक्ट्रोड वोल्टेज के मधय का अंतर। यहां तक ​​कि 100% फैराडिक दक्षता वाली रिचार्जेबल बैटरी को डिस्चार्ज के समय उत्पन्न होने वाले वोल्टेज की तुलना में अधिक वोल्टेज पर चार्ज करने की आवश्यकता होती है, इसलिए इसकी समग्र ऊर्जा रूपांतरण दक्षता वोल्टेज दक्षता और फैराडिक दक्षता का उत्पाद है। 100% से कम वोल्टेज दक्षता वास्तविक दुनिया की हर रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रतिवर्ती प्रक्रिया ( ऊष्मा गतिकी) को दर्शाती है।

संदर्भ

  1. ↑ Bard, A. J.; Faulkner, L. R. (2000). Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications (2nd ed.). New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-04372-9.
  2. ↑ Mavrikis, Sotirios; Perry, Samuel C.; Leung, Pui Ki; Wang, Ling; Ponce de León, Carlos (2021-01-11). "Recent Advances in Electrochemical Water Oxidation to Produce Hydrogen Peroxide: A Mechanistic Perspective". ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 9 (1): 76–91. doi:10.1021/acssuschemeng.0c07263. S2CID 234271584.
  3. ↑ Jones, J. E.; et al. (1995). "पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान 100% से कम फैराडिक क्षमता 'ठंड संलयन' कोशिकाओं में अतिरिक्त गर्मी की रिपोर्ट के लिए जिम्मेदार हो सकती है". J. Phys. Chem. 99 (18): 6973–6979. doi:10.1021/j100018a033.
  4. ↑ Shkedi, Z.; et al. (1995). "Calorimetry, Excess Heat, and Faraday Efficiency in Ni-H2O Electrolytic Cells". Fusion Technology. 28 (4): 1720–1731. doi:10.13182/FST95-A30436.
  5. ↑ "संग्रहीत प्रति" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-09-21. Retrieved 2008-10-08.
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