阳极极化与阴极极化
阳极极化法
阳极极化法
阳极极化法是一种常用的电化学方法，多用于金属的腐蚀研究、防腐蚀材料的筛选以及电池等领域。
其原理是通过加大阳极电压，使阳极表面发生氧化反应，从而形成一层氧化物膜，阻碍了进一步的氧化反应，达到防腐蚀的效果。
在实验中，通常采用三电极体系，即阳极、阴极和参比电极。
阳极和阴极之间加一定电势差，通过电解液中的离子传输，使阳极变成氧化态，发生氧化反应，而阴极则相应地还原，从而形成电流。
参比电极则用于测量电势并控制电流密度。
阳极极化法可以用于评估金属材料的耐蚀性能，通过测量阳极极化曲线，可以得到极化电阻、极化电位和电流密度等参数，从而研究材料的腐蚀行为。
此外，阳极极化法还可以用于研究电池的性能，如锂离子电池、燃料电池等。
总之，阳极极化法是一种重要的电化学方法，具有广泛的应用前景。
在材料科学、化学、能源等领域，该方法的应用将有助于推动科学技术的发展，为人类社会的可持续发展做出贡献。
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电极的极化
电极上有（净）电流流过时，电极电势偏离其平衡值，此现象称作极化。根据电流的方向又可分为阳极化和阴极化。
极化是指腐蚀电池作用一经开始，其电子流动的速度大于电极反应的速度。在阳极，电子流走了，离子化反应赶不上补充；在阴极，电子流入快，取走子的阴极反应赶不上，这样阳极电位向正移，阴极电位向负移，从而缩小电位差，减缓了腐蚀。
阳极上析出电位（正值）要比理论析出电位更正；阴极上的析出电位要比理论析出电位更负，我们把实际电位偏离理论值的现象称为极化，把实际析出电位与理论析出电位间的差值称为超电位或过电位。
电极的去极化
凡是能减弱或消除极化过程的作用称为去极化作用。在溶液增加去极剂的浓度、升温、搅拌以及其它降低活化超电压的措施都将促进阴极去极化作用的增强；阳极去极化作用是指减少或消除阳极极化的作用，例如搅拌、升温等均会加快金属阳离子进入溶液的速度，从而减弱阳极极化。溶液中加入络合剂或沉淀剂，它们会与金属离子形成难溶解的络合物或沉淀物，不仅可以使金属表面附近溶液中金属离子浓度降低，并能一定程度地减弱阳极电化学极化。如果溶液中加入某些活性阴离子，就有可能使已经钝化了的金属重新处于活化状态。
显然，从控制腐蚀的角度，总是希望如何增强极化作用用以降低腐蚀速度。但是对于电解过程，腐蚀加工，为了减少能耗却常常力图强化去极化作用。用作牺牲阳极保护的材料也是要求极化性能越小越好。
在通常情况下，可以使用一些缓蚀剂、添加到水溶液中促使极化的产生。这类添加的物质，能促使阳极极化的叫阳极性缓蚀剂。能促使阴极极化的叫阴极性缓蚀剂。
电流通过电极时，电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。
极化导致电池在接入电路以后正负极间电压的降低，也导致电镀和电解槽在开始工作以后所需电压的升高。这二者都是不利的，所以我们要尽量减小极化现象。(从控制腐蚀的角度,应该设法增强极化)
第四章电化学腐蚀反应动力学详解
a）腐蚀的驱动力——腐蚀电池的起始电势差 0,C 0, A
b）腐蚀的阻力——阴、阳极的极化率 PC 和 PA ，以及欧姆电阻 R
三项阻力中任意一项都可能明显地超过另两项，在腐蚀过程中对速度起 控制作用，称为控制因素。利用极化图可以非常直观地判断腐蚀的控制 速度。
欧姆电势降与阴极（或阳极）极化曲线加和起来，如图中的 0,C A线， 然后与阳极极化曲线 0,AS 相交于A点，则点A对应的电流I1就是这
种情况下的腐蚀电流。
0,C 0,A C A I1R I1PC I1PA I1R
I1
0,C
PC
0,A
PA R
即
I corr
0,C 0,A
PC PA R
则阳极极化 阴极极化
A E Ei Ee （4.1a） c E Ee Ei （4.1b）
对不可逆电极存在一个稳态的电位Es，也使用电极极化一词。这时，极化值 的大小用类似式（4.1）的方程式表示
E Ei Es （4.2）
极化的结果：阴极极化使电极电位负移，阳极极化使电极电位正移。 当电流通过电极时，电极上产生两种相反的作用：
铜不溶于还原性酸，因为铜的平衡电势高于氢的平衡电势，不能形成氢阴极 构成腐蚀电池，但铜可溶于含氧酸或氧化性酸中，因为氧的平衡电势比铜高， 可构成阴极反应，组成腐蚀电池。酸中含氧量多，氧去极化容易，腐蚀电流 较大，而氧少时，氧去极化困难，腐蚀电流较小。见图4.10
铜在非含氧酸中是耐蚀的，但当溶液中含氰化物时，可与铜离子配合形成配 合离子，铜的电势向负方向移动，这样铜就可能溶解在还原酸中。见图4.10
图4.7 氧化性酸对铁的腐蚀
图4.8 金属平衡电极电位对腐蚀电流的影响
图4.9 钢在非氧化酸中的腐蚀极化图
锂电池极化现象
锂电池极化现象
锂电池极化是指锂电池在充放电循环中，电极表面出现一层由锂离子和电解液组成的固体膜层，称为电极极化膜或界面极化层。
这种极化现象主要分为两种类型：阳极极化和阴极极化。
1. 阳极极化：在充电过程中，锂离子从阴极释放出来并嵌入到阳极材料中，形成金属锂或锂合金。
然而，在充电过程中，锂离子的嵌入与释放并不是完全可逆的，会导致一些锂离子无法完全回到阴极，形成剩余锂离子堆积在阳极上，形成阳极极化。
这会导致电极的反应活性降低，电荷传输的阻碍，进而影响电池的性能和容量。
2. 阴极极化：在放电过程中，锂离子从阳极释放出来并嵌入到阴极材料中，形成锂化合物。
然而，在放电过程中，由于锂离子的嵌入和释放过程也是不完全可逆的，会导致一些锂离子无法完全嵌入到阴极材料中，形成剩余锂离子堆积在阴极上，形成阴极极化。
这也会导致电极的反应活性降低，电荷传输的阻碍，影响电池的性能和容量。
为了减轻极化现象的影响，可以采取一些措施，例如：
•使用合适的电解液和添加剂，改善离子传输速率，降低极化程度。
•设计合适的电极材料和结构，增加电极的活性表面积，提高离子嵌入和释放的效率。
•优化电池的工作温度范围，高温会加速极化现象的发生，而低温会增加电池内部电阻，影响电荷传输。
需要注意的是，锂电池的极化现象是一种常见的电化学现象，其程度和影响会随着电池的使用和老化而逐渐增加。
因此，对于长期使用的锂电池，极化现象会逐渐导致电池容量的衰减和性能的下降，最终影响电池的寿命。
维基百科 极化曲线
维基百科极化曲线
极化曲线是指在电化学中描述电极极化过程的一种曲线。
在电化学中，电极极化是指电极在电化学反应中由于电流通过或者外界条件改变而发生的极化现象。
极化曲线通常是以电极电势（或电流密度）为横坐标，以电极极化的程度（如电极极化电阻、极化电流等）为纵坐标所绘制的曲线。
极化曲线可以用来研究电极的极化特性，了解电化学反应的动力学过程。
极化曲线通常可以分为阳极极化曲线和阴极极化曲线。
阳极极化曲线描述了阳极在不同电流密度下的极化行为，而阴极极化曲线则描述了阴极在不同电流密度下的极化行为。
通过分析极化曲线，可以了解电极的极化机理，评估电极的性能以及优化电化学反应的条件。
极化曲线的形状可以提供很多信息，比如电化学反应的动力学特性、电化学界面的特性以及电解质的传输特性等。
通过分析极化曲线，可以确定最佳的工作条件，提高电化学反应的效率和选择合适的电极材料。
总的来说，极化曲线在电化学领域具有重要的意义，它为研究
电极极化提供了重要的工具，也为优化电化学反应条件提供了重要的参考依据。
通过分析极化曲线，可以更好地理解电化学反应的动力学过程，推动电化学领域的发展和应用。
电镀中的极化现象
电镀中的极化现象
电镀中的极化现象是指当在电镀过程中，阳极和阴极之间的电解质溶液发生分解反应时，由于阴极表面和阳极表面的物质结构和化学性质不同，导致阳极和阴极表面极化程度不同的现象。
在电镀过程中，阴极是要被镀层覆盖的物体或工件，阳极则一般选用导电性好的金属材料。
当外加电压通过电解质溶液时，在阳极和阴极之间发生氧化还原反应。
在这个过程中，阴极表面是被镀层物质还原析出并沉积的地方，而阳极则会溶解，放出阳极中的金属离子。
由于阴极和阳极表面的物质性质和结构不同，导致它们对电流的响应也不同。
阴极表面通常是比较活泼的金属，容易被还原析出的金属离子覆盖，形成镀层。
而阳极则会溶解离去，导致阳极表面不断变化。
这种差异导致了电镀过程中的极化现象。
在电镀开始的时候，阴极通常会比较活跃，因为阳极表面开始溶解，释放的金属离子数量较少。
随着时间的推移，阳极表面溶解的速率逐渐增加，导致阳极变得更活跃，而阴极表面则逐渐形成了一层金属镀层，使得阴极变得不那么活跃。
极化现象对电镀过程有一定的影响。
它可以改变电镀过程中的电流分布和密度分布，可能导致不均匀的镀层厚度。
因此，在电镀过程中需要进行适当的控制，使得两极的极化程度尽量均匀，以获得均匀且质量好的镀层。
第四讲 电极与极化的概念
第四讲电极与极化的概念1. 引言电镀既是一门实用性很强的应用技术，又是一门涉及电化学高深理论的学科。
对电化学一无所知，就无法理解电镀生产中发生的许多现象、故障原因，也就无法应用好相应的工艺技术设备，无法将返工量降至最低，无法不断提高电镀质量。
因而搞电镀并不难（例如过去一些外行私人老板搞几个盆盆罐罐、一台破旧整流器也在镀锌），但要搞好电镀、要一步一步上档次很难。
要使中国由电镀大国转变为电镀强国，需要一大批既具理论基础又有丰富实践经验的技术工人与工艺管理人才。
例如，我们总希望镀层细致光亮、整平性好，整个镀层又要厚度均匀，薄且有良好性能，加工成本低。
那么，哪些因素影响最终效果？如何将这些因素控制在最佳状态？不少都涉及电化学知识。
而电化学理论又很高深，未受过高等专业教育的人很难搞得比较透彻。
对于一般生产一线的电镀工作者，的确“冰冻三尺非一日之寒”，需要长期刻苦学习；对初学者，则只能“千里之行始于足下”，先对一些基本概念、必备知识有所定性了解，为进一步深造打下基础，也能依此解决部分实际问题。
本讲不涉及电化学方面的许多公式、复杂方程式，也不能深入致电极过程动力学方面。
但力图较全面介绍相关概念，并就此结合部分实际问题加以分析。
2. 电极与电极电位的产生2.1. 电极以较简单情况为例：将金属锌置于pH值为中性的含氯化锌的水溶液和将金属铜置于含硫酸铜的水溶液中，并不通电时在两相界面上，会有什么现象发生呢？化学知识告诉我们，物质由分子组成，分子由原子组成，原子又由原子核和在不同轨道上不停绕着原子核旋转运动的电子组成。
原子核主要由带一个正电荷的质子和不带电荷的中子组成。
元素周期表中的第一号元素氢，结构最为简单，由一个质子和一个电子组成。
当失去该电子时成为正一价的H＋，H＋实际上就是质子。
纯净的金属为一种“单质”，则直接由金属原子组成。
在金属中，有一些“不守规矩”的电子，它们不受原子核的束缚，而在金属中自由移动，故称为“自由电子”。
动电位极化曲线
将一种金属(电极)浸在电解液中，在金属与溶液之间就会形成电位，这种电位称为该金属在该溶液中的电极电位。
当有外加电流通过此电极(电解)时，其电极电位会发生变化，这种现象称为电极的极化。
如果电极为阳极，则电极电位将向正方向偏移，称为阳极极化；对于阴极，电极电位将向负方向偏移，称为阴极极化。
令：(16.1)图16.1 典型的阴、阳极极化曲线对于可逆电极，即为平衡电极电位; 对于不可逆电极，为系统达到稳态时的电极电位，即稳态电极电位，或称自腐蚀电位。
习惯上将电极电流密度为i 时对应的电极电位与平衡电极电位之差定义为在该电流密度时的过电位，用符号表示。
并规定阴、阳极的过电位均为正。
根据上述定义，可以分别写出阴、阳极的过电位计算公式为：过电位是一个很重要的电化学参量。
例如在金属电沉积中，析出金属的过电位越小，消耗的电能也就越少。
在电解提纯工艺中，往往借助改变析出金属的过电位，来改变金属的析出顺序，从而获得所需的金属，达到提纯的目的。
如前所述，过电位的大小与流经电极的电流密度有关，电极电位(或过电位)与电流密度的关系曲线称为极化曲线。
图16.1是一种典型的极化曲线。
随着电流密度的增加，电极电位将越来越偏离平衡电位，亦即过电位将越来越大。
极化曲线还常用半对数座标表示，如图16.2 所示。
考察图16.2 可知，当电流密度较大时，过电位与电流密度的对数成线性关系，即：式(16.4)，式(16.5) 均称为塔菲尔(Tafel)公式。
图16.2 半对数极化曲线示意图事实上，对于任一电极总是同时存在着两个共轭反应(也可存在两对或两对以上的反应)，一是还原反应：(16.6)与之相对应的共轭反应是氧化反应：(16.7)式中o为氧化态；R 为还氧态。
由反应(16.6) 产生的电流密度称为阴极电流密度，用符号表示；而因反应(16.7) 产生的电流密度称为阳极电流密度，用符号i阳表示。
习惯上规定i阴为正，i阳为负。
则电极上的总电流密度i 应是阴极和阳极电流密度的代数和，即：i = i阴+ i阳(16.8)当电极上施以很大的负电压时,反应(16.7)被抑制,而以反应(16.6)为主,即i阴》|i阳|，则i≈i 阴，电极为阴极。
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阳极极化与阴极极化
阴极极化曲线反应了电流密度和阴极极化电位的关系。
一般含添加剂的镀液，极化曲线会相对于不含的负移，也就是说在相同的电流密度下，添加剂使阴极过电位增加了。
阴极过电位是成核的控制因素，一般阴极过电位越高，成核率越大，镀层结晶越细致。
1．什么叫阳极极化与阴极极化？
答：自流电通过阳极时，阳极电位偏离平衡电位而向正方向移动的现象，称为阳极极化。
在某一电流密度下，阳极电位与平衡电位之差称为阳极过电位，通常用ΔФA表示。
直流电通过阴极时，阴极电位偏离平衡电位而向负方向移动的现象，称为阴极极化。
在某一电流密度下，阴极电位ФK与平衡电位之差，称为阴极过电位，通常用ΔФK表示。
阳极极化和阴极极化对电流都起阻碍作用，所以有时也称为极化电阻。
表示电极电位随着电流密度的变化而改变的关系曲线叫做极化曲线。
一般以纵坐标表示电极电位，横坐标表示电流密度。
从曲线可以看出：随阴极电流密度的不断增大，阴极电位也不断变负。
2．极化度与电镀有何关系？
答：极化度对镀层质量影响相当大，它直接影响到电流在阴极上的分布。
若阴极极化度的值大，能使电流在阴极表面上的实际分布比初次分布更均匀，这表明电解液的分散能力和深镀能力好，从而可使镀层更均匀。
为什么镀铬液有较大的阴极极化作用，而分散能力很差呢？原因就是镀铬液的阴极极化度很小。
3．利用哪些方法可以消除或降低不必要的阳极极化作用？
答：阳极极化会引起阳极的电化学钝化，致使阳极不能正常溶解。
在生产中一般采用下列方法来消除或降低阳极极化作用：
（1）加入适量的阳极活化剂（去极化剂）可防止阳极钝化，促使阳极正常溶解。
例如在酸性镀镍溶液中加入氯化物，可起到消除或降低阳极极化的作用；
（2）增大阳极面积，降低阳极电流密度。
例如，在氰化镀锌中，若发生阳极钝化时，可通过增大阳极面积降低阳极电流密度来解决；
（3）利用搅拌也可降低阳极极化作用。
4．电镀生产中如何提高阴极极化作用？
答：一般说来，电化学极化作用对于改善镀层质量起着很重要的作用，因此我们应尽可能想办法通过提高阴极的电化学极化作用来提高镀层的结晶细致程度。
同时，往往通过提高阴极极化度，还可提高镀液的分散能力与深镀能力。
在生产中，一般采取以下措施提高阴极极化作用：
（1）加入络合剂。
因为络离子较简单离子难于在阴极上还原，这就可使阴极积累较多的电子，从而使阴极极化值提高；
（2）加入添加剂。
添加剂吸附在阴极表面上，可减慢金属离子到达阴极表面的速度及金属离子和电子反应的速度，从而提高阴极极化作用；
（3）提高阴极电流密度。
在阴极极化作用随阴极电流密度的增大而增大的情况下，可用提高阴极电流密度的办法去提高阴极极化作用；
（4）适当降低电解液温度。
降低温度能提高络合剂的络合能力，减慢金属离子扩散到阴极表面的速度，从而提高阴极极化作用；
（5）加入导电盐。
在阴极极化度不为零的情况下，溶液导电性的提高可以促使
电流在阴极表面更均匀地分布。
（6）主盐浓度，浓度越高，极化越大，需要更高的电流密度，这也是电解处理金属杂质的原理。
阴极极化浓差极化阻化作用（添加剂、络合剂、其他金属离子）。