Butler-Volmer-Gleichung

Die Butler-Volmer-Gleichung (Durchtrittsstrom-Spannung-Beziehung) beschreibt im Rahmen der Elektrochemie, wie sich der elektrische Strom bei Änderung des Elektrodenpotentials ändert. Diese Gleichung bildet die Grundlage zur Erklärung zahlreicher Phänomene und zur Auslegung elektrochemischer Prozesse. Wichtigste Anwendungsfelder sind die galvanische Abscheidung von Metall oder die Beschreibung der Kennlinie von Akkumulatoren.

${\displaystyle J=J_{0}\cdot \left\{\exp \left[{\frac {(1-\alpha )\cdot z^{\ddagger }\cdot F}{R\cdot T}}\cdot (U-U_{0})\right]-\exp \left[-{\frac {\alpha \cdot z^{\ddagger }\cdot F}{R\cdot T}}\cdot (U-U_{0})\right]\right\}}${\displaystyle J=J_{0}\cdot \left\{\exp \left[{\frac {(1-\alpha )\cdot z^{\ddagger }\cdot F}{R\cdot T}}\cdot (U-U_{0})\right]-\exp \left[-{\frac {\alpha \cdot z^{\ddagger }\cdot F}{R\cdot T}}\cdot (U-U_{0})\right]\right\}}

mit folgenden Parametern:

${\displaystyle J}${\displaystyle J}: Stromdichte

${\displaystyle J_{0}}${\displaystyle J_{0}}: Austauschstromdichte, bezogen auf die Elektrodenoberfläche

${\displaystyle U}${\displaystyle U}: Elektrodenpotential

${\displaystyle U_{0}}${\displaystyle U_{0}}: Gleichgewichtspotential

${\displaystyle T}${\displaystyle T}: Temperatur

${\displaystyle z^{\ddagger }}${\displaystyle z^{\ddagger }}: Ladungszahl (pro Stoffumsatz der Durchtrittsreaktion übertragene Elektronen)

${\displaystyle F}${\displaystyle F}: Faraday-Konstante

${\displaystyle R}${\displaystyle R}: universelle Gaskonstante

${\displaystyle \alpha }${\displaystyle \alpha }: Durchtritts- oder Symmetriefaktor (in der angelsächsischen und neueren deutschsprachigen Literatur auf die Aktivierung der Reduktionsreaktion bezogen)

Diese Form gilt für Reaktionen, bei denen die Geschwindigkeit durch den Ladungsdurchtritt durch die Elektrode kontrolliert wird. In anderen Fällen gibt es ähnliche, zumeist komplizierte Gleichungen. Dabei ist die Differenz zwischen Elektroden- und Gleichgewichtspotential die Überspannung.

Die Butler-Volmer-Gleichung lässt sich aus der Kinetik ableiten. Vereinfachend beschreibt sie, dass die Geschwindigkeit einer (elektrochemischen) Reaktion exponentiell von der „treibenden Kraft" der Reaktion abhängt.

Die heute meist Butler-Volmer-Gleichung genannte Beziehung wurde zuerst 1930 in einer entscheidenden Arbeit von den Chemikern Tibor Erdey-Grúz und Max Volmer veröffentlicht ^[1] . John Alfred Valentine Butler veröffentlichte 1932 eine entsprechende Arbeit, wobei er 1924 schon Vorarbeit geleistet hatte.

• Nernst-Gleichung, Elektrochemisches Äquivalent, Tafel-Gleichung

• Klaus J. Vetter, Elektrochemische Kinetik
• Peter W. Atkins, Physikalische Chemie

1. ↑ Tibor Erdey-Grúz, Max Volmer: Zur Theorie der Wasserstoffüberspannung. In: Zeitschrift für physikalische Chemie, Abteilung A, Chemische Thermodynamik, Kinetik, Elektrochemie, Eigenschaftslehre. Band 150, 1930, S. 203–213 (http://electrochem.cwru.edu/estir/hist/hist-34-Volmer-1.pdf Online auf den Seiten der Electrochemical Science and Technology Information Resource (ESTIR); pdf-Datei; 4,17 MB [abgerufen am 10. Juli 2013]). 

• Butler-Volmer-Visualisierung in Form eines GNU Octave Script-Files (zur Ansicht muss GNU Octave installiert werden)
• Kurzbiographie von Max Volmer

• Elektrochemie
• Theoretische Elektrotechnik