电极极化介绍-20110529
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)
电极极化名词解释
电极极化名词解释电极极化是指通过一些化学反应将电极表面上的电荷转换后得到的一种化学反应。
它是一种改变电极表面电荷结构的必要过程。
它是为了使电极表面的电荷能够有效的协同作用而建立的一种新的电极电荷结构，从而把它们的内部电荷包围在一起，增强它们的稳定性。
电极极化的作用是改变原来电极表面上电荷结构。
通过电极极化，可以使原来电极表面上的电荷结构重新组合，以及添加一些少量的极性电荷来支撑极性电荷系统的稳定性，使得电极表面上的电荷结构更加稳定。
电极极化可以通过两种方式来实现：一种是电泳极化，一种是化学极化。
前者是在电极表面的电荷边界处加入一定的电荷，这些电荷是来自外部电压或电流源的有定向的，这些电荷可以促使原来电极表面上的电荷结构重新组合，从而实现电极极化效果。
后者是以电解液中存在的电荷结构为基础，改变原来电极表面上的电荷结构，使得电极表面的电荷重新组合，从而实现电极极化的效果。
电极极化可以改变电荷结构，增加电极表面的稳定性，提高电极的性能。
因此，电极极化在许多科学技术领域中都有广泛的应用。
电极极化在化学分析领域应用最为广泛，它可以用来检测电极表面上的各种电荷结构，从而更好地控制实验条件和实验结果。
此外，电极极化也可用于生物技术领域。
在生物技术领域，电极极化可以用来控制细胞增殖，调节细胞各种生理活动，改变细胞的结构和功能，从而改变细胞的表型。
最后，电极极化也可以用于电化学技术领域，尤其是太阳能电池的制备。
太阳能电池的本质是利用电极极化在某种电解液中留存的特定电荷分布，来产生可以自发的电流。
电极极化还可以用于燃料电池和磁性调控等电子技术领域。
总之，电极极化是一种重要的物理化学现象，它可以改变电极表面上的电荷结构，使电极表面上的电荷结构更加稳定，增强电极性能。
电极极化已经在许多不同领域中得到了实际应用，受到了越来越多的人的青睐。
未来，电极极化将会在各个领域得到更广泛的应用，并可能起到更重要的作用。
【物理化学课件】Chap7.11电极的极化
11
电解质溶液 可逆电池
不可逆电极过程 习题课
1. 氢在不同金属上的超电势
1905 年，Tafel 经验式： = a + b lgi 其中：a , b 为常数，i 为电流密度 (A/cm2)； a 为 i = 1 (A/cm2) 时的超电势，a与电极材 料、电极表面状态、溶液组成、温度有关；
本章第二部分讨论的电极电势是在在可逆发生电极 反应时所具有的电势，即电极上没有外电流通过时
的电势r，称为可逆电势，或热力学电势，平衡电
极电势。
当进行电解或电池放电时，有电流通过电极，则不符 合可逆条件，所以称为不可逆电极反应。此时，电极 电势就会偏离原平衡电极电势，这种现象称为电极的
极化。偏差的大小即为过电势（或超电势） 。
正电荷就积累在电极表面上，使电极电势上升；
3电极电势上升进一步使氧化反应速率加快、还原速率减慢；
4 最后当氧化反应产生电子的速率等于电子进入外电路的总速率
时 ，电极表面的电荷密度不再改变，电极电势稳定在 I
10
电解质溶液 可逆电池
不可逆电极过程 习题课
氢气在几种电极上的超电势
金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不 计。而气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大。
2. 电化学极化（活化极化）
若电极|溶液界面处电极反应不够快，导致电极带电 程度的改变，使极电势偏离平衡电极电势，称为 电化学(活化)极化。偏离的大小称为活化过电势。 如氢气的析出，氧气的析出等。
电极极化的结果： 阳极电势升高: a= r + ； 阴极电势降低: c= r –
电极的极化和极化曲线_电极的极化
文章编号:100123849(2008)0620028203 电极的极化和极化曲线( )——电极的极化①覃奇贤, 刘淑兰(天津大学化工学院,天津 300072)摘要:对金属表面处理技术中遇到的有关电极电位、电极过程的速度控制步骤及电极的极化等基本概念,做了深入浅出的解释。
重点介绍了电极极化产生的原因,极化的分类,标准电极电位、平衡电极电位和稳定电位之间的区别和联系,电极电位的测量及标度,极化曲线在电镀中的应用举例,以及在测量中经常遇到的一些问题,如正确选用参比极化,参比电极的制做,液体接界电位及其消除等。
关 键 词:电极电位;电化学极化;电镀;极化曲线中图分类号:TQ153 文献标识码:BPolar ization of Electrode and Polar izationCurve( )——Polar ization of ElectrodeQ I N Q i2x ian,L I U Shu2lan引 言在金属表面处理工艺的研究和生产实践中,经常会遇到电极电位、极化及电极电位与电流密度之间的关系等基本概念,例如电沉积合金的基本条件,必须考虑合金组分的标准电极电位和阴极极化的大小[1]。
选择晶粒细化剂及光亮添加剂等,要考查阴极电极电位(或过电位)与阴极电流密度之间的关系[2]。
研究镀层的耐蚀性要测量腐蚀电流及腐蚀电位等等。
有些电极电位的数据如水溶液中一些电极的标准电极电位[3]和几种常见参比电极的电极电位[4]可以从手册上查到。
而绝大多数数据都是靠实验测量,要使查到或测量获得的数据正确、可靠,能指导科研工作和生产实践,必须弄清楚有关的基本概念,并掌握正确的测量方法。
1 电极电位111 电极与溶液界面间的电位差在电镀槽内阴极与阳极间有电流通过时,均有电极反应发生(包括主反应和副反应),其反应速度大小的重要决定因素之一,是界面间存在电场的作用,这个电场是由界面间存在的双电层给出的,电极反应的速度与双电层的电位有密切的关系。
最新作业-给排水设备工艺黄廷林-主编-课后答案
精品文档第一章水工艺设备常用材料1. 金属材料的基本性能包括哪几个方面的内容？你认为水工艺设备对金属材料的哪些性能要求更高？怎样才能满足这些要求？答：使用性能：1 化学性能：抗氧化性和耐腐蚀性。
2 物理性能：密度，熔点，热膨胀系数，导热性以及弹性模量等。
3 机械性能：弹性，塑性，强度和韧性。
工艺性能：可焊性，可锻性，切削加工性，成型工艺性，热处理性能。
我觉得水工艺设备对金属材料的强度，刚度和抗腐蚀性的性能要求更高。
按照实际的工程需要，通过不同材料间的比较，从中选出较优的材料。
2. 影响钢材性能的因素主要有哪些？答：碳是决定钢材的主要元素，随含碳量增加，钢的强度和硬度将不断提高，而塑性和韧性则会随之下降。
硫是一种有害元素，产生“热脆”现象。
磷也是一种有害元素，产生“冷脆”现象。
锰是一种有益元素，作为脱氧剂和合金元素，减轻硫的有害作用，提高钢的强度和硬度。
硅是一种有益元素，作为脱氧剂和合金元素，提高强度，硬度，弹性，降低塑性和韧性。
氧，氮：未除尽的氧氮大部分以化合物形式存在，降低强度，冷弯性能和焊接性能。
氧增加热脆，氮增加冷脆。
钛，钒，铌：钢的强脱氧剂和合金元素，改善韧性，提高强度。
3. 不锈钢有哪些类型？在酸性介质、碱性介质及中性水溶液中是否可以选用同一种不锈钢？简述理由。
答：按显微组织为马氏体不锈钢，铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。
按化学成分为铬不锈钢和铬镍不锈钢。
不可以，因为不同介质溶液中PH值不同，对不锈钢的化学反应都不一样，所以不能用同一种不锈钢，应该有所针对的选择。
4、高分子材料主要有哪些类型？耐蚀有机高分子有哪些类型？各有什么特点？答：按照化学组分分：碳链有机聚合物、杂链有机聚合物、元素有机聚合物、无机聚合物。
常用于水工程及水工艺设备中的高分子材料有：塑料、橡胶、纤维和胶粘剂等。
耐蚀有机高分子类型有：热塑性树脂、工程塑料类、热固性树脂等。
热塑性树脂中聚乙烯、聚丙烯的应用占主流。
工程塑料类虽然有优异的耐腐性能，但因其价格的原因，在中等的腐蚀环境中首选的仍是价廉易得、加工容易的材料。
电极极化
η 不可逆 可逆
电极极化的结果：
阴极电势降低 阳极电势升高
不可逆 可逆
不可逆 可逆
电极极化的原因：浓差极化和电化学极化
二、电极的极化与超电势
1. 浓差极化 电流通过电极时，若电极反应速率较快，而离子的扩散速率 较慢，则电极表面附近离子的浓度m’和本体溶液的m不同。 如：
3. 影响 的因素：
电极材料 电极表面状态 溶液的pH 温度 电流的大小
Tafel公式
η a bln( j/[ j])
j：电流密度 [j]：电流密度单位 a：与电极材料有关 b：与反应机理有关
二、电极的极化与超电势
（二）超电势的测定
实验： 测定有电流通过电极时的电极电势
方法：
R
KOH
CuSO4 NiSO4 AgNO3 ZnSO4
1.69
H2O2
1.23
1.67
H2O2
1.23
1.69
H2O2
1.23
1.67
H2O2
1.23
1.49
CuO20.51来自2.09NiO21.10
0.70
AgO2
0.04
2.55
ZnO2
1.60
二、电极的极化与超电势
（一）电极的极化与超电势
可逆
Cu2 /Cu
RT F
ln
1 mCu2
/m
不可逆
Cu 2 /Cu
RT F
1
ln
m' Cu 2
/m
不可逆， 阴
电分析化学(3)-CV-2015
循环伏安法（CV）
循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电 层、吸附现象和电极反应动力学．成为最有用的电化 学方法之一。 扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部 分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部 扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。 因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程 的循环，故称为循环伏安法。
循环伏安法在电极催化反应中的应用
Pt(111)、Pt(100)和Pt(110)在0.1 molL-1 H2SO4溶液中的循环伏安（CV）图
氢的吸脱附在三个不同的晶面显示出完全不同的特征电流峰。 Pt(111)：低于0.06 V的平台和高于0.06 V的蝴蝶型峰（阴离子 参与吸脱附过程） Pt(100)：-0.02 V的尖峰（氢在短程有序(100)位上吸附）和 0.01V附近的宽峰（氢在长程有序(100)位上吸附） Pt(110)：-0.15 V的尖峰
可逆电极过程的循环伏安法
准可逆电极过程的循环伏安法
CV例子
扫速与相应的电流电压的关系
Q(t ) 2nFAD1/2Ct1/2 /( 1/2 )
Dapp= 9.8×10-11 cm2/s
CV curve of the PAPS-FC modified electrode at various scan rates (10, 20, 40, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300mV/s ) Inset: Relationship between the anodic peak current and the scan rate
Amperometric sensing of glucose
A B
Chronoamperometry curves of PdNPs-FCNTs-Nafion electrode with the successive addition of 2 mmol L-1 glucose. The applied potential was -0.06 V (A) and 0.40 V (B), respectively. The inset shows calibration curve of glucose concentration and plateau currents at -0.06 V (A) and 0.40 V (B), respectively. NaCl: 0.2 mol L-1; NaOH: 0.1 mol L-1.
电极的极化
原电池与电解池的极化作用各有什么特点第一节分解电压使电能转变成化学能的装置称为电解池。
当直流电通过电解质溶液，正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移，并分别在电极上起还原和氧化反应，从而获得还原产物和氧化产物。
若外加一电压在一个电池上，逐渐增加电压直至使电池中的化学反应发生逆转，这就是电解。
实验表明，对任一电解槽进行电解时，随着外加电压的改变，通过该电解槽的电流亦随之变化。
例如，使用两个铂电极电解HCl 溶液时，使用图9.1 的线路装置，改变可变电阻，记录电压表和电流表的读数，则可测量电解槽两端电位差与电流强度的关系曲线。
开始时，当外加电压很小时，几乎没有电流通过电解槽；电压增加，电流略有增加；当电流增加到某一点后，电流随电压增大而急剧上升，同时电极上有连续的气泡逸出。
在两电极上的反应可表示如下:阴极2H+(aH+)+2e →H2(g，p)阳极2Cl (aCl-)→Cl2(g，p)+2e当电极上有气泡逸出时，H2 和Cl2 的压力等于大气压力。
电解过程分析:当开始加外电压时，还没有H2和Cl2生成，它们的压力几乎为零，稍稍增大外压，电极表面上产生了少量的H2和Cl2，压力虽小，但却构成了一个原电池(自发地进行如下反应)(-) H2(p)→2H+(aH+)+2e-(+) Cl(g)+2e-→2Cl-(aCl-)此时，电极上进行反应的方向正好与电解所进行的反应的方向相反。
它产生了一个与外加电压方向相反的反电动势Eb。
由于电极上的产物扩散到溶液中了，需要通过极微小的电流使电极产物得到补充。
继续增大外加电压，电极上就有H2和Cl2继续产生并向溶液中扩散，因而电流也有少许增加，相当于图9.2 中I-E 曲线上的1-2 段。
此时由于pH2和pCl2不断增加，对应于外加电压的反电动势也不断增加，直至气体压力增至等于外界大气压力时，电极上就开始有气泡逸出，此时反电动势Eb 达到最大值Eb，max 将不再继续增加。
若继续增加外加电压只增加溶液中的电位降(E 外-Eb，max)=IR，从而使电流剧增，即相当于I-E 曲线中2-3 段的直线部分。
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电极极化介绍
中国科学院金属研究所
金属腐蚀与防护国家重点实验室
2011-05-29
一、极化现象
电流通过电极时，电极电位偏离平衡值的现象，称为电极的极化。
极化现象的出现，以及电池存在一定的欧姆内阻，是电池工作电压大于或小于可逆电动势的原因。
实际工作电压可表示为
E(工作)＝E(可逆)±ΔE(不可逆) ±IR
式中，E(可逆)是指相应的原电池的电动势，即理论电压；IR由于电池内溶液、电极材料、隔膜、导线和接触等电阻所引起的电势降；ΔE（不可逆）则是由于电极极化所致。
当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，此时的电势为φ0（平衡电势），随着电极上电流密度（I/S）的增加，电极的不可逆程度愈来愈大，其电势值与φ0的偏差也越大。
常把某一电流密度下的φ与φ0之间的差值称为超电势，以此来明确地表示出电极极化的状况，
二、极化的分类和产生的原因
按照极化产生的不同原因，通常可简单地把极化分为两类：电化学极化（活化极化）和浓差极化。
将与之相应的超电势称为电化学超电势（或活化超电势）和浓差超电势。
一般说来，可将产生超电势的原因归纳为以下三点：
1. 浓差超电势：在电化学过程中，由于电极表面附近的离子在电极上发生反应而消耗，结果使表面浓度与溶液体相浓度的不同所造成的反电动势叫做浓差超电势。
2. 电化学超电势（或活化超电势）：由于参加电极反应的某些粒子缺少足够的能量来完成电子的转移，因此需要提高电极电势，这部分提高的电势叫做活化超电势。
它与电极反应中某一个最缓慢步骤的反应活化能有关，故此得名。
3. 电阻超电势：当电流通过电极时，在电极表面或电极与溶液的界面上往往形成一薄层的高电阻氧化膜或其它物质膜，从而产生表面电阻电位降，这个电位降称为电阻超电势。
这种情况不具有普遍意义，以下不做探讨。
三、影响极化大小的因素
浓差超电势的大小是电极浓差极化程度的量度，其值取决于电极表面离子浓度与本体溶液中离子浓度差值之大小。
因此，凡能影响这一浓差大小的因素，都能影响浓差电势的数值。
例如，需要减小浓差超电势时，可将溶液强烈搅拌（提高流速）或升高温度，以加快离子的扩散；而需要造成浓差过电势时，则应避免对于溶液的扰动并保持不太高的温度。
活化超电势是由于电极反应是分若干步进行的，这些步骤中可能有某一步反应速率比较缓慢，需要比较高的活化能导致的，活化超电势的大小是电极活化极化的量度。
提高电极活性是减小活化超电势的有效途径之一。
四、不同充放电状态对极化的影响
对于不同的电化学体系，其电化学极化、浓差极化和欧姆极化（此处指欧姆电压降）相差较大，变化规律也不尽相同。
一般情况下上，有以下简单规律：
1、在充放电过程中，欧姆极化变化最小，浓差极化变化最大，电化学极化介于两者之间。
2、小电流密度时，电极极化受电化学极化控制；大电流密度时，电极极化受浓差极化控制，电流密度适中时，三者共同控制（有时主要由欧姆极化控制）。
3、在充放电初期，电极极化大部分由电化学极化控制，少部分由浓差极化和欧姆计划控制；末期受浓差极化控制；中期三者共同控制。
五、常见的极化电阻的测量方法
1、交流阻抗法
电化学阻抗谱(EIS)也称交流阻抗谱，其原理是在待测试样两端施加一个小幅交流振荡的电压或电流信号，通过观察试样的阻抗随频率的变化来对试样电化学性能进行表征。
通过对交流阻抗谱的分析可以得到电池的电化学极化电阻、欧姆极化电阻和浓差极化电阻等数据。
2、直流充（放）电法
加固定电流通过电池，工作电压减去电池平衡电动势，再除以电
流，即得此状态下电池内阻，扣除欧姆内阻部分，即为极化内阻（电化学极化和浓差极化总和），其中平衡电动势可近似认为是电池的开路电压或由电位计测得（正负极电位差）。
六、钒电池极化内阻的计算示例
以下图为例，钒电池极化内阻计算如下：
R=R欧姆+R极化=(U1-U2）/I或(U2-U3）/I
其中，欧姆内阻通过内阻测试仪测得，电压由充放电仪读取，电流为设定值。
=17mΩ，U1=48.7V，U2=43.3V，下图实验中，I=190A，R
欧姆
U3=38.3V，
所以，R=(48.7-43.3)/190=28.4 mΩ，R
=28.4-17=11.4 mΩ；
极化
=26.3-17=9.3 或通过放电计算，R=(43.3-38.3)/190=26.3 mΩ，R
极化
mΩ。