TafelGleichung

Die Tafelgleichung ist eine zentrale Beziehung in der Elektrochemie, die den Zusammenhang zwischen dem Elektrodenüberpotential η und der Stromdichte i beschreibt, insbesondere im Bereich der hohen Überpotenziale. Sie ist eine vereinfachte Form der Butler–Volmer-Gleichung und wird genutzt, um die kinetischen Eigenschaften einer Elektrodenreaktion zu charakterisieren.

In der Tafelgleichung gilt für anodische oder kathodische Prozesse eine lineare Abhängigkeit zwischen η und dem Logarithmus der Stromdichte: η = a + b log10(i). Alternativ lässt sich auch η = (RT/(α n F)) ln(i/i0) schreiben. Der Tafel-Slope b ergibt sich als b = 2.303 RT/(α n F). Bei Raumtemperatur (ca. 298 K) entspricht dies typischerweise etwa 0.0591/(α n) V pro Dekade.

Die Gleichung gilt, solange das Überpotential groß genug ist, damit eine Reaktionsrichtung dominiert und der Beitrag der gegenüberliegenden Exponentialfunktion vernachlässigt werden kann. Sie liefert nicht direkt den Austauschstromdichtewert i0, doch lässt sich aus der Tafelkurve der Schnittpunkt mit η = 0 zur Bestimmung von i0 heranziehen. Die Parameter α (Transferkoeffizient) und n (Anzahl der beteiligten Elektronen) bestimmen dabei die Steigung der Kurve.

Anwendungen finden sich in der Charakterisierung von Elektrodenreaktionen, dem Vergleich von Katalysatoren und der Analyse von Polarisationskurven in Bereichen wie Korrosion, Wasserstoffentwicklung, Sauerstoffentwicklung, Brennstoffzellen und Elektrolyse. Die Tafelgleichung bietet eine praktikable, wenn auch vereinfachte Beschreibung der Reaktionskinetik und hilft, Kennzahlen zwischen verschiedenen Materialien vergleichbar zu machen.