Ecuación de Butler-Volmer

La ecuación de Butler-Volmer es una de las fórmulas fundamentales de la cinética electroquímica. Describe como la corriente eléctrica a través de un electrodo depende de la diferencia de potencial entre el electrodo y el electrolito para una reacción redox sencilla y unimolecular, considerando que tanto la reacción catódica como el anódica tienen lugar en un mismo electrodo.​ La ecuación fue formulada por John Alfred Valentine Butler​ y Max Volmer.

Definición de la ecuación

El primer gráfico muestra la densidad de corriente como función del sobrepotencial η, donde j_a y j_c son, respectivamente, las densidades de corriente anódica y catódica, con α = α_a = α_c = 0.5 y j₀ = 1 mA cm⁻². El segundo gráfico muestra la representación logarítmica para valores diferentes de α (ecuación de Tafel).

Teniendo en cuenta que la densidad de corriente tiene una componente anódica y catódica,

$j=j_{\rm {a}}+j_{\rm {c}}$

la ecuación de Butler-Volmer es:

$j=j_{0}\cdot \left\{\exp \left[{\frac {\alpha _{\rm {a}}zF}{RT}}(E-E_{\rm {eq}})\right]-\exp \left[-{\frac {\alpha _{\rm {c}}zF}{RT}}(E-E_{\rm {eq}})\right]\right\}$

o en una forma más compacta:

$j=j_{0}\cdot \left\{\exp \left[{\frac {\alpha _{a}zF\eta }{RT}}\right]-\exp \left[-{\frac {\alpha _{c}zF\eta }{RT}}\right]\right\}$

donde:

• $j$: densidad de corriente del electrodo, A/m²
• $j_{0}$: densidad de corriente de intercambio, A/m²
• $E$: potencial de electrodo, V
• $E_{\rm {eq}}$: potencial de equilibrio, V
• $T$: temperatura absoluta, K
• $z$: número de electrones implicados en la reacción electródica
• $F$: constante de Faraday
• $R$: constante de los gases
• $\alpha _{\rm {c}}$: coeficiente de transferencia de carga catódico, adimensional
• $\alpha _{\rm {a}}$: coeficiente de transferencia de carga anódico, adimensional
• $\eta$: sobrepotencial ($\eta =E-E_{\rm {eq}}$).

Referencias

• Datos: Q903846
• Multimedia: Butler-Volmer equation / Q903846