07章_电解与极化作用

以提高电池性能。
改进电解液配方及添加剂使用
优化电解液配方
通过调整电解液的成分和浓度， 提高离子传输速度和电极反应速 率，减小电化学极化。
使用添加剂
在电解液中加入适量添加剂，如 表面活性剂、离子液体等，以改 善电解液的物理化学性质，降低 电化学极化。
开发新型电解液
研发具有高离子电导率、低粘度 、宽电化学窗口等优点的新型电 解液，以减小电化学极化。
第7章电化学极化
汇报人：XX
目录
• 电化学极化基本概念 • 电化学极化对电池性能影响 • 电化学极化测量方法与技术 • 减小电化学极化措施与策略 • 实例分析：锂离子电池中电化学极化
问题探讨 • 总结与展望
01
电化学极化基本概念
电化学极化定义
电化学极化
电极上有电流通过时，电极电位偏离 其平衡电位的现象。
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分类
根据电极过程的不同环节，极化可分为电化学极化、浓差极化和电阻极化等。其中，电 化学极化是由于电荷转移步骤的迟缓而产生的；浓差极化是由于液相传质步骤的迟缓而 产生的；电阻极化则是由于电子或离子在电极材料或电解质溶液中的迁移受到阻碍而产
生的。
02
电化学极化对电池性能 影响
电池内阻增加
极化现象导致电池内阻增加
平衡电位
在无外电流通过时，金属电极在电解 质溶液中的电位。
电极过程与极化现象
电极过程
电极反应由一系列连续步骤组成，主要包括液相传质、前置 转化、电荷转移、后置转化和生成新相步骤等。
极化现象
当有电流通过电极时，电极电位将偏离其平衡电位，此现象 称作极化。
极化产生原因及分类
产生原因

金属表面和电解质溶液接触时，就可能在金属－电解质溶液的界面 发生阳极的溶解,这样，由电解质溶液－金属就构成了原电池(短路电 程)，在腐蚀的过程中有电子的传导和电流的产生，这种腐蚀称之为电 化学腐蚀。电化学腐蚀有均匀腐蚀，电解质的不均匀而引起的腐蚀，或 金属的不均匀性而引起的腐蚀。
金属腐蚀引起的经济损失是惊人的，全世界由于金属腐蚀而报废的 仅是设备和金属材料约为全世界金属年产量的２０―３０％。在金属腐 蚀中，尤以电化学腐蚀最为严重。所以研究金属的电化学腐蚀过程及其 防护具有经济和理论的意义。
实验证明，当电流密度不同时，两极的电极电势不同，因而超电势 也不同。下图是作为电解池和电池时电极电势，外加电压或电池的电动 势与电流密度之间的关系。
从能量消耗的角度来说，无论是原电池还是电解池，极化作用的存 在总是不利的，为了使电极的极化减小，必须供给电极以适当的反应物 质，由于这种物质比较容易在电极上反应，可以使电极上的极化减小或 限制在一定的范围内，这种作用称为去极化作用，这种外加的物质称为 去极化剂。
变，引起Ｈ２析出的可能性。 在电解的过程中，还必须考虑溶液组成的改变
例三．
298K，如以Pt为电极电解
溶液，浓度为
。发生的电极反应为
阴
阳
在电解的过程中
电解过程中铜电极和氧电极构成的原电池为：
如该电池中各物质的活度系数为１，并知对于
的溶液，氧在铂电极上的析出点势为1.70V（IR），则该电极的分 解电压
由于金属不均匀而引起的腐蚀现象
把纯度很高的锌片放入盐酸中，它的腐蚀速度是很小的，在很长的 时间内锌片上不出气泡，但如把一个铁钉和锌片接触时，铁钉上会很快 产生气泡。同时锌的腐蚀速度加快。
上面讨论的是双金属腐蚀电池，这样的原因引起的腐蚀称为电偶腐 蚀，由于金属器件金属结构往往是不同的金属组合而成的，如铝板要用 同铆钉结合，轮船是钢的，而其推进器是青铜的；内燃机的水冷却系统 的散热器是黄铜的，用锡焊接，水套用铝和铁铸成等。

4801电池 Pb(s)│H2SO4(m)│PbO2(s)，作为原电池时，负极是，正极是；作为电解池时，阳极是，阴极是。

4802当电池的电压小于它的开路电动势时，则表示电池在： ( )(A) 放电(B) 充电(C) 没有工作(D) 交替地充放电4815电解HNO3, H2SO4, NaOH, NH3·H2O, 其理论分解电压均为1.23 V。

其原因是_________________________________________________________。

4816从理论上分析电解时的分解电压, E分解=__________________________, 而且随电流强度I的增加而_____________。

4851电化学中电极反应的速度以 ______ 表示，极化是 _________________________的现象，极化主要有 _________, _________。

超电势是。

4855当发生极化现象时，两电极的电极电势将发生如下变化： ( )(A) φ平，阳＞φ阳；φ平，阴＞φ阴(B) φ平，阳＜φ阳；φ平，阴＞φ阴(C) φ平，阳＜φ阳；平，阴＜φ阴(D) φ平，阳＞φ阳；φ平，阴＜φ阴4857 298 K、0.1 mol·dm-3的 HCl 溶液中，氢电极的热力学电势为 -0.06 V，电解此溶液为： ( )时，氢在铜电极上的析出电势φH2(A) 大于 -0.06 V(B) 等于 -0.06 V(C) 小于 -0.06 V(D) 不能判定4858 电池放电时，随电流密度增加阳极电位变 ________，阴极电位变 ________，正极变 ________ ，负极变_____。

4859 电解过程中，极化作用使消耗的电能 ________；在金属的电化学腐蚀过程中，极化作用使腐蚀速度 ________ 。

4860 (1) 设阳极和阴极的超电势均为 0.7 V，还原电位均为 1.20 V，则阳极电位等于__________ ，阴极电位等于__________ 。

9
无电流
ϕ可逆
= ϕy Ag+ |Ag
−
RT F
ln
1 aAg+
有电流
ϕ不可逆
= ϕy Ag+ |Ag
−
RT F
ln
1 aAg+ , e
η阴
= ϕ可逆
− ϕ不可逆
=
RT F
ln aAg+ aAg+ , e
>0
aAg+ , e < aAg+ ϕ不可逆 < ϕ可逆
阳极上的情况类似，但 ϕ不可逆 > ϕ可逆
的金属先在阴极析出，这在电镀工业上很重要 例如，利用氢的超电势，控制溶液的pH，实
现镀 Zn，Sn，Ni，Cr 等
25
阴极上发生还原反应
发生还原 (1) 金属离子 的物质： (2) 氢离子 (中性水溶液 aH+ = 10−7 ) 判断在阴极上首先析出何种物质，应把各 种可能还原的物质的电极电势求出来（气 体要考虑超电势，金属可不考虑超电势）
2H+ + 2e- = H2
ϕ可逆
=ϕΟ H+ |H2
− RT 2F
ln
pH2 / p Ο a2
H+
= −0.059pH = −0.414V
ϕ不可逆 = ϕ可逆 −η = −0.414V − 0.584V = −0.998V
Zn2+ + 2e- = Zn
ϕ可逆
=ϕΟ Zn2+ |Zn
− RT 2F
1 ln
=−
RT 2F
ln
aH2 a2
H+
−ηH2
设 pH2 = p Ο