Elektrochemie

Die Elektrochemie ist das Teilgebiet der Chemie, das die Wechselwirkungen zwischen Elektrizität und chemischen Reaktionen untersucht. Sie beschreibt, wie chemische Umwandlungen Elektronenübertragungen auslösen und wie elektrische Energie durch elektrochemische Zellen erzeugt, gespeichert oder gesteuert wird. Zentrale Begriffe sind Elektroden, Elektrolyt und Redoxreaktionen.

Grundlagen umfassen Redoxreaktionen, elektrochemische Potentiale der Elektroden und die Nernst-Gleichung, die das Gleichgewichtspotential in Abhängigkeit von Konzentration und Temperatur beschreibt. Die Stöchiometrie der Elektronenübertragung wird durch Faradaysche Gesetze festgelegt, wonach die gelieferte oder aufgenommene Ladung proportional zur übertragenen Stoffmenge ist.

Typische Zellentypen sind galvanische (voltaische) Zellen, die spontane Reaktionen nutzen, um elektrischen Strom zu liefern, und elektrolytische Zellen, in denen eine äußere Spannung eine Reaktion antreibt. Elektrodenreaktionen erfolgen an der Grenzfläche zwischen Elektroden und Elektrolyten, oft in wässrigen oder festen Systemen.

Anwendungen der Elektrochemie umfassen Energiespeicherung und -wandlung (Batterien, Akkumulatoren, Superkondensatoren), Elektroplattierung und Metallherstellung, Korrosionsschutz (Kathodischer Schutz), elektrochemische Sensorik sowie Prozesse der Wasser- und Umwelttechnik.

Historisch entwickelte sich die Disziplin aus Arbeiten zu Voltas Pile und galvanischen Zellen im 18. und 19. Jahrhundert; Faradays Gesetze und die Entwicklung der Nernst-Gleichung legten thermodynamische und kinetische Grundlagen fest. Heute ist die Elektrochemie zentral in Energie, Materialwissenschaften und Umwelttechnik.