Överpotentialen

Överpotentialen är ett begrepp inom elektrokemi som beskriver skillnaden mellan den verkliga elektrodpotentialen (E) och jämviktspotentialen (E_eq) för en given redoxreaktion vid en viss ström. Den uppkommer när en elektrod ger ifrån sig eller tar upp elektroner och därmed drivs av kinetiska hinder vid ytan samt av massöverföring och ledning i elektrolyten. Potentialsskillnaden är aktualiserad när man vill få en viss strömdensitet och därmed avgöra energikravet för en elektrokemisk process.

Överpotentialen kan delas upp i huvudsak i tre komponenter: aktiveringsövertäckning (η_act), koncentrationsövertäckning (η_conc) och ohmisk övertäckning eller IR-fall (η_ohm). η_act är relaterad till själva överföringen av elektroner på elektrodytan och styrs av ytkatalys och elektrodkemiska kinetik; den beskrives ofta med Butler–Volmer-liknande relationer och Tafel-regimen vid stora överpotentialer. η_conc uppstår när massöverföring inte hinner följa med de elektrokinetiska förlusterna, vilket skapar koncentrationsgradienter nära ytan. η_ohm betecknar spänningsfallet till följd av resistansen i elektrolyten och elektroden, och kan ofta elimineras eller minskas med förbättrad ledningsförmåga eller bättre elektrolytflöde.

I praktiken ges överpotentialen ofta av η = E − E_eq vid ett visst strömdensitet. Den är central för att bedöma energikrav och effektivitet i elektrolys, processen som sparar eller förbrukar energi. För att reducera överpotentialen används katalytiska ytor, ökad yta, bättre massöverföring och högre ledningsförmåga, samt optimering av temperatur och lösningens sammansättning.