ファラデー効率とは？初心者にも分かる基礎と計算のコツ共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

ファラデー効率とは？

ファラデー効率とは、電気を使って反応を進めるときに、実際に 目的の物質を生成するのに使われた電荷量の割合を表す指標です。簡単に言えば、電気を流したときに何パーセントが理想の反応に使われ、残りは別の副反応に使われたのかを示します。

なぜ重要なのか

工業的な電解プロセスや再生可能エネルギーを使った電解法では、効率を高めることがコスト削減につながります。ファラデー効率が高いほど、期待した生成物が多く得られ、無駄な副反応を減らせます。

基本的な式と用語

ファラデー効率 η は次の式で表されます。η = (n × F × m_actual) / Q ここで次の用語を使います。

Q は総電荷量（クーロン）、F はファラデー定数（約 96485 C/mol）、n は反応に必要な電子の数、m_actual は実際に得られた生成物のモル数です。

η は 0 から 1 の値で表され、100% に近いほど副反応が少なく、目的の反応が優先されています。

具体的な計算の手順

まず総電荷量 Q を知ります。次に反応に必要な電子の数 n を決めます。次に実際に得られた生成物のモル数 m_actual を測定します。最後に式 η = (n × F × m_actual) / Q を使ってファラデー効率を求めます。

実例で学ぶ

水素ガスを電解して水素を作る例を考えます。反応式で水素生成に必要な電子は 2 電子（n = 2）です。ファラデー定数 F は 96485 C/mol。Q を 5 C とします。理論的生成モル数 m_theo は Q / (nF) で求められ、約 5 / (2 × 96485) ≈ 2.59 × 10^-5 mol となります。

もし実測で実際の生成モル数 m_actual が 1.9 × 10^-5 mol だった場合、ファラデー効率は η ≈ (n F m_actual) / Q ≈ (2 × 96485 × 1.9 × 10^-5) / 5 ≈ 0.733、つまり約 73.3% となります。つまり実際には約 3 分の 2 ほどの電流が目的の反応に寄与していません。

副反応と現実的なポイント

副反応が起きると η は必ず 1 未満になります。温度や溶液の組成、電極材料、攪拌の有無などが関与します。現場では副反応を抑えるための条件最適化が欠かせません。

実験を改善するヒント

ファラデー効率を高めるには、まず副反応を減らす工夫が必要です。電極材料の選択、表面状態の最適化、電解液の導電性と組成、温度管理、反応槽内の物質輸送を良くする設計などが挙げられます。

重要ポイントのまとめ

ファラデー効率は実際に使われた電荷と理論的に必要な電荷の比です。副反応を減らすほど η は高くなり、1 に近づきます。計算には Q、n、F、m_actual を正しく使うことが肝心です。

数値のまとめ表

項目	値
総電荷量 Q	5 C
反応に必要な電子の数 n	2
ファラデー定数 F	96485 C/mol
実測生成モル数 m_actual	1.9×10^-5 mol
理論的生成モル数 m_theo	Q / (nF) ≈ 2.59×10^-5 mol
ファラデー効率 η	≈ (n F m_actual) / Q ≈ 0.733

総括

ファラデー効率は電解プロセスの効率を見える化する基本的な指標です。よくある副反応を抑え、測定を正確に行うことで、効率改善の方向性が見え、コスト削減につながります。

ファラデー効率の同意語

ファラデー収率: ファラデー効率と同義。電解や電極反応で、目的の生成物として実際に回収された電荷の割合を示す指標です。
電荷効率: 投入した電荷のうち、目的の生成物を得るために実際に使われた割合を表す指標。文献ではファラデー効率の一般的な別名として使われることがあります。
電荷利用効率: 電荷のうち、目的生成物の反応に実際に寄与した割合を示す表現。ファラデー効率の同義語として用られることがあります。
ファラデー比率: ファラデー効率と同義。電解で得られる目的生成物に対して使われた電荷の割合を示します。
電荷寄与率: 投入電荷のうち、目的生成物の生成に寄与した割合を表す指標。ファラデー効率の別表現として使われることがあります。

ファラデー効率の対義語・反対語

非ファラデー効率: ファラデー過程が全体の電荷に対して占める割合が小さいこと。非ファラデー過程（キャパシティブ充放電や副反応）が主導している状態を示す。
低ファラデー効率: ファラデー過程の寄与が低い状態。反応の大半が非ファラデー過程による場合を指す表現。
ゼロファラデー効率: ファラデー過程がほぼ完全に寄与していない状態。全てが非ファラデー過程による反応・現象であることを意味する。
ファラデー非効率: ファラデー効率が低い、あるいは低下している状態を示す別の表現。反対の意味で用いられることがある。
非ファラデー寄与度: 全電流に対して非ファラデー過程が寄与する割合。ファラデー効率とは対になる概念として用いられることがある。
キャパシティブ寄与度: ダブルレイヤーの容量性過程など、非ファラデー過程が寄与する割合を指す。長時間の電荷蓄積に関する評価で使われる。
副反応寄与度: ファラデー過程以外の副反応が寄与する割合を表す。ファラデー効率の対となる観点として使われる。