极化曲线-电极电位与极化电流或极化电流密度之间关系的曲线叫作极化曲线

电极极化曲线
电极极化曲线是研究电化学反应过程中电极表面现象的重要工具，它能直观地反映电极在充放电过程中的电势变化。

电极极化曲线主要包括两部分：伏安曲线和循环伏安曲线。


伏安曲线（Volt-Ampere curve）描述了电极在恒定电流条件下，电势与电流之间的关系。

当电极表面发生氧化还原反应时，电流会随之变化，从而形成伏安曲线。

伏安曲线可以分为三个区域：活性区、过渡区和线性区。

活性区位于曲线的左侧，此时电流与电势关系不稳定，电极表面反应活跃；过渡区位于活性区右侧，电流与电势关系逐渐变得稳定；线性区位于过渡区右侧，电流与电势呈线性关系。


循环伏安曲线（Cyclic Voltammetry curve）则是研究电极在循环充放电过程中，电势与电流的关系。

循环伏安曲线通常呈矩形，包括四个阶段：吸附、脱附、充电和放电。

吸附阶段表现为电流逐渐增大，电势上升；脱附阶段电流逐渐减小，电势下降；充电阶段电流迅速上升，电势迅速上升；放电阶段电流迅速下降，电势下降。

通过分析循环伏安曲线，可以了解电极材料的电化学性质、电极表面反应动力学参数以及电极寿命等信息。


电极极化曲线在电化学研究中的应用十分广泛，如锂电池、燃料电池、金属空气电池等领域。

通过对电极极化曲线的分析，可以优化电极设计、提高电池性能、延长电池寿命等。

此外，电
极极化曲线还可以应用于金属腐蚀研究，为防腐措施提供理论依据。

总之，电极极化曲线是研究电化学领域中不可或缺的重要工具。

主要试题题型：一、简答题（约30分）二、填空题（约20分）三、选择题（约10分）四、腐蚀事例分析（3- 4小题，共40分）第一章 腐蚀电化学基础1、金属与溶液的界面特性——双电层金属浸入电解质溶液内，其表面的原子与溶液中的极性水分子、电解质离子、氧等相互作用，使界面的金属和溶液侧分别形成带有异性电荷的双电层。

2.电极电位电极电位：电极反应使电极和溶液界面上建立的双电层电位跃。

3.金属电化学腐蚀的热力学条件(1). 金属溶解的氧化反应若进行，则金属的实际电位必更正于金属的平衡电极电位。

E>Ee,M(2)去极化反应若进行，则有金属电极电位必更负于去极剂的氧化还原反应电位。

E<Ek0上述条件需同时满足。

4、极化极化现象：电池工作过程中，由于电流流动而引起电极电位偏离初始值的现象。

极化现象的根本原因：电极反应与电子迁移的速度差。

极化曲线定义：用来表示极化电位与极化电流或极化电流密度之间关系的曲线。

作用：判断电极材料的极化特性。

腐蚀极化图定义：将构成腐蚀电池的阴极和阳极极化曲线绘在同一E -I 坐标上得到的图线，简称极化图。

对给定的腐蚀电池，工作稳定时的腐蚀电流为Icorr ,则初始电动势问题：如增加最有效的阴极的面积，或添加去极剂，搅拌等，将使Ex -S 水平线向正方向移动（为什么？）5、超电压（过电位）腐蚀电池工作时，由于极化作用使阴极电位变负，阳极电位变正。

这个值与各极的初始电位差值的绝对值称为超电压或过电位。

以η表示。

超电压量化的反映了极化的程度，对研究腐蚀速度非常重要。

6.金属的耐蚀性能评定（针对全面腐蚀 为什么？）金属耐蚀性也叫化学稳定性，即金属抵抗介质作用的能力。

对全面腐蚀，通常以腐蚀速度评定。

对受均匀腐蚀的金属，常以年腐蚀深度来评定耐腐蚀的等级7、腐蚀速度的工程表示方法重量法：以金属腐蚀前后金属质量的变化来表示，分失重法和增重法。

常为实验室采用。

失重法适用于腐蚀产物能很好地除去而不损伤主体。

电化学曲线极化曲线阻抗谱分析一、极化曲线1.绘制原理铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a)当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。

在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：(1)I(Fe)的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。

图1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。

图2 铜合金在海水中典型极化曲线当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。

此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。

通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。

当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。

同理，可获得阴极极化曲线rdc。

2.图形分析（1）斜率斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。

斜率越大，反应阻力越大，腐蚀速率越小，越耐腐蚀。

（2）同一曲线上各各段形状变化如图2，在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。

这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。

（3）曲线随时间的变动以7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。

对于X轴，七天后曲线正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。

二、阻抗谱1.测量原理它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。

从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。

阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（| Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（Z,,）、相位移（θ）、频率（ω）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示。

Tafel曲线是表示电极电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线。

如电极分别是阳极或阴极，所得曲线分别称之为阳极极化曲线(anodic polarization curve)或阴极极化曲线(cathodic polarization curve)。

Tafel方程是人类经验的总结，只适用于不存在物质传递对电流影响即极化超电势较大的情况。

根据直线的截距可求出交换电流密度。

当电极反应处于平衡时，其阴极反应和阳极反应的速度相等，此时i0称为交换电流的密度，可见，交换电流密度本身是在平衡电位下电极上出现的电荷交换速度的定量的度量值。

它既可以表示氧化反应绝对速度，又可以表示还原反应的绝对速度，没有正向与反向的速度之分。

交换电流密度定量地描述了电极反应的可逆程度，即表示电极反应的难易程度。

1.基本概念极化曲线分为四个区，活性溶解区、过渡钝化区、稳定钝化区、过钝化区。

极化曲线可用实验方法测得。

分析研究极化曲线，是解释金属腐蚀的基本规律、揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀途径的基本方法之一。

极化曲线以电极电位为纵坐标，以电极上通过的电流为横坐标获得的曲线称为极化曲线。

它表征腐蚀原电池反应的推动力电位与反应速度电流之间的函数关系。

直接从实验测得的是实验极化曲线。

而构成腐蚀过程的局部阳极或者局部阴极上单独电极反应之电位与电流关系称为真实极化曲线，即理想极化曲线。

极化现象与极化曲线为了探索电极过程机理及影响电极过程的各种因素，必须对电极过程进行研究，其中极化曲线的测定是重要方法之一。

我们知道在研究可逆电池的电动势和电池反应时，电极上几乎没有电流通过，每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的，因此电极反应是可逆的。

但当有电流明显地通过电池时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，电极反应处于不可逆状态，而且随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。

由于电流通过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极化，描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲线[1]金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示：M→Mn+ + ne图1 典型阳极极化曲线此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。

电化学曲线极化曲线阻抗谱分析一、极化曲线1.绘制原理铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a)当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。

在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即： (1)I(Fe)的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。

图1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。

图2 铜合金在海水中典型极化曲线当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。

此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。

通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。

当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。

同理，可获得阴极极化曲线rdc。

2.图形分析（1）斜率斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。

斜率越大，反应阻力越大，腐蚀速率越小，越耐腐蚀。

（2）同一曲线上各各段形状变化如图2，在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。

这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。

（3）曲线随时间的变动以 7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。

对于X轴，七天后曲线正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。

二、阻抗谱1.测量原理它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。

从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。

阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（| Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（Z,,）、相位移（θ）、频率（ω）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示。

金属电极的极化曲线介绍金属电极的极化曲线是描述金属电极在不同电位下电流与电势之间关系的曲线。

通过研究金属电极的极化曲线，可以了解电极在电化学反应中的行为特性，对电化学领域的研究具有重要意义。

极化曲线的构成极化曲线通常由电流密度（i）和电势（E）之间的关系图示形成。

E轴表示电势，i轴表示电流密度。

在实验中，通过改变电势的值，测量相应的电流密度，得到一系列的数据点，从而绘制出金属电极的极化曲线。

极化曲线的类型1. 极化曲线的基本形状金属电极的极化曲线一般呈现出以下几种基本形状：(1) 直线形直线形极化曲线通常表示电极处于在低电流密度下的平稳状态。

在这种状态下，电极的电化学反应速率与电势之间存在线性关系。

(2) 曲线形曲线形极化曲线通常表示电极发生了某种非均匀的极化过程。

这种非均匀的极化可能是由于电极表面发生了物理或化学变化，导致电化学反应速率与电势的关系不再是线性的。

(3) 反S形反S形极化曲线通常表示电极出现了过渡性的行为。

在某个特定的电势区间内，电极的电化学反应速率明显变化，呈现出S形曲线的倒置。

2. 极化曲线的特征金属电极的极化曲线具有以下几个特征：(1) 线性段极化曲线的线性段通常是在电流密度较低的区域。

在这个区域内，电极的电化学反应速率与电势之间存在着线性关系。

(2) 饱和段极化曲线的饱和段通常是在电流密度较高的区域。

在这个区域内，电极的电化学反应速率已经饱和，不再随电势的增加而增加。

(3) 极化电势极化曲线上的极化电势是指电流密度为零时对应的电势值。

极化电势可以反映电极的活性和稳定性。

(4) 极化电阻极化曲线上的极化电阻是指电流密度与电势之间斜率的倒数。

极化电阻越大，说明电极的极化程度越高。

极化曲线的应用1. 材料研究通过分析金属电极的极化曲线，可以评估材料的耐蚀性和抗氧化性能。

这对于材料的选择和设计具有重要意义。

2. 腐蚀研究金属电极的极化曲线可用于研究金属在不同环境条件下的腐蚀行为和机理。

极化曲线反应了电极电位与电流密度之间的关系，绘制极化曲线通过比较各种极化曲线之间的差异来评价镀层耐蚀性能优劣是很直观的。

根据测试环境的不同，极化曲线可以分为稳态法和暂态法。

本实验采用的是稳态法，而稳态法又能分以下两种:(1)恒电位法恒电位法就是控制电极电位，测量相应的电流密度值而做出极化曲线。

电极电位的控制有两种方法:静态法:将电极电势控制在一恒定值，测量对应电势下的电流值。

为了使极化曲线完好平滑，在测量时都是逐点进行测量。

动态法:控制电极电势在材料表面连续扫描，同时测量对应电流值。

该方法获得的极化曲线都比较完整，需要注意的是试验时应选择合适的扫描速度。

(2)恒电流法恒电流法就是在恒定电流密度下，通过测量相应的电极电位获得极化曲线的方法。

采用恒电流法测定实际极化曲线时，在给定电流密度后，一般电势接近稳定即可读值，或可以自行规定每次电流恒定的时间。

本实验选用3.5%NaCI溶液做电解液，采用稳态法中的恒电位测试法，电位扫描速率为1 mV/s，连续扫描各种镀层表面，根据试验数据通过相关软件绘制极化曲线。

通过比较不同镀层极化曲线的差异来比较镀层的耐蚀性。

2.3.2极化曲线的测取本实验中样品准备方法:用带绝缘橡皮的铜导线连接试样，连接处要求接触良好。

之后将样品四周及背面用环氧树脂胶密封，正面留面积约1 cm2的工作面。

需要注意的是，每组实验必须有两个平行试样，每个平行试样在电化学测试前都需要保持工作面的洁净。

实验以铂电极作为辅助电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，各种镀层作为工作电极。

试验在室温下进行，待开机预热后，需将工作电极先在3.5%的NaCI溶液中浸泡1 }2min，测出稳定的开路电位。

然后以1 mV/s的速度对镀层进行扫描，注意观察电流密度、电压随时间变化。

由于电化学工作站对极化曲线的测量比较敏感，在实验过程中，试件一旦放入盐溶液中就不能再移动，直到试验结束。

结果分析：由于纯锌镀层中含有Al，形成的富铝相可以阻碍锌的进一步腐蚀[63M. Manna. Effect of fluxing chemical: An option for Zn-5wt.%Al alloy coating on wire surface by single hot dip process[J]. Surface and Coatings Technology, 2011，205(12): 3716-3721.]，从而提高了Zn-4.SA1合金镀层的耐腐蚀性。