相对电极电势与“绝对”电极电势简论

本文从电池电动势的组成出发,讨论了相间电势、单电极电势及氢标电极电势的区别;并分别从电子能量的构成及电极反应的自由能变考虑,介绍了三种“绝对”电极电势的概念及相互关系,从而对物化教学及无机教材中的有关问题提出点滴浅见,以资讨论。     

电化学中有关电极电势的若干问题

电化学必讲电池,电池内有电极。不论在电化学的工业生产、科学研究或者教学中都会遇到与电极有关的问题。但是这里往往有一些很基本的问题不甚明确。例如电极电势的物理意义;“氢标”的含义;它的(±)号选择;电极电势能否测量;有没有绝对电极电势等等。事实上,以今日我们对于电化学的知识来说,上述问题都已得到了较好的解答。但是若要说清楚它们,还需从最基本的概念谈起。这方面各国学者已做     

高锰酸钾作阴极的微生物燃料电池

构建了一个以醋酸钠水溶液为阳极原料、高锰酸钾为阴极氧化剂的双室微生物燃料电池, 考察了阴极溶液浓度、阴极流动状态、外电阻和pH值等因素对电池性能的影响, 监测了电池外电压和两极电极电势的变化过程, 并分析了阴极极化的原因和限制微生物燃料电池(MFC)的关键因素. 研究结果显示: (1) MnO2在碳纸表面的沉积是阴极极化的主要原因, 而溶液流动可以明显降低极化程度; 将高锰酸钾溶解在缓冲溶液中可以进一步降低阴极H+浓差极化; (2) 根据极化曲线可以推断, 影响电池输出功率的决定性因素应是微生物代谢反应速度和微生物与电极之间的电子传递速率; (3) 随外电阻的变化, 电池输出功率出现极大值824 mW/m2, 相应外电阻为300 Ω左右, 这与通过I-V关系曲线推导得到的电池内阻(284±18) Ω相吻合; (4) pH值和高锰酸钾浓度对电池阴极电极电势的影响符合Nernst方程.     

乙烷质子传导膜燃料电池的极化与反应机理

制备了以乙烷作为燃料电池膜电极组装(MEA)及构建了单电池系统。研究了Nafion材料作为质子传导膜、Pt/C作为电极催化剂构成的燃料电池在105 ℃和0.4 MPa电化学性能。采用交流阻抗分析法、色谱分析法及根据Faraday定律,考察了电池的电极极化过程,确定了电池的反应产物并探讨了电极的电化学反应机理。研究结果表明,乙烷燃料电池内阻引起的欧姆极化很小,电池阴极的极化主要是欧姆极化过程所控制,阳极极化主要为活化和浓差过程控制,阳极极化比阴极极化显著,乙烷燃料电池的极化主要在阳极侧;在实验操作条件下,阴极反应产物为水,阳极反应的主产物为CO₂且含有少量的CO,电池反应产物不含乙烯。     

热力学在无机化学“四大平衡”教学中的应用

利用化学反应吉布斯自由能变化?_rG_m~?来计算无机化学"四大平衡"的平衡常数,解释诸如沉淀-溶解平衡教学中为什么要求微溶强电解质等问题,并从化学反应等温式类推了电极反应的等温式,推导了复杂电极的标准电极电势与其简单电极的标准电极电势之间的关系,拓展了热力学在现行基础化学教学上的应用范围。     

电极金属和电解质溶液界面势垒研究

本文根据肖特基效应和弗兰克-康东原理得到了近似理想极化电极体系赫姆荷尔茨双电层内势垒高度和宽度与电极电荷密度间的关系式。并用Hg-HCl电极电荷密度的文献值作了具体计算。计算表明,电极电势对电子转移势垒形状的影响是很大的。     

《应用电化学基础》

本书是电化学专业入门学习的基础读物,介绍电化学基础理论以及少量常见的应用电化学知识,包括电化学的定义及研究内容、电化学技术应用、电化学史话等;化学电池、电极与电解质溶液,实用电池与电解的应用,电极电势与电池电动势,平衡态电化学,电极过程动力学;电化学测试的基础术语及常用的电化学测试技术;腐蚀电化学的基本原理与术语、金属腐蚀破坏的形态与金属在自然环境中的腐蚀、防腐蚀技术与腐蚀监测等。     

和频振动光谱研究多晶金电极/溶液界面乙腈分子取向的flip-flop行为

用和频振动光谱研究乙腈/金电极界面,观测到乙腈的甲基振动峰强度随施加的电极电势而变化.当电极电势越过零电荷电势（pzc）时,甲基振动峰符号发生反转,这意味着基团取向发生反转（flip-flop）.由此推断出乙腈分子在金电极界面的吸附构型.即在零电荷电势下,电极界面吸附的乙腈分子构型为甲基靠近电极表面而腈基远离电极表面;而高于零电荷电势则电极界面吸附的乙腈分子构型发生反转,变为腈基靠近电极表面而甲基远离电极表面的构型.     

LSGMC5含量对于二甲醚燃料电池复合Ni-Fe阳极性能的影响

用浸渍法制备了掺杂不同质量分数的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3-δ (LSGMC5)粉末的Ni8-Fe2-LSGMC5复合阳极, 并采用交流阻抗和直流极化技术考察了以氢气和二甲醚为燃气时该复合阳极的电化学性能及相应电池的功率输出特性. 结果表明, 在电极中掺入LSGMC5 粉末, 能显著地改善电极的形貌和电极/电解质界面结构, 减小欧姆电阻和极化电阻. 电极中LSGMC5 粉末含量对于氢气及二甲醚电化学氧化性能的影响显著不同. 以二甲醚为燃气时, 电极极化电阻随LSGMC5 粉末含量的增加而减小, 其中LSGMC5 掺杂量为30%的复合阳极具有最高的电化学性能, 相应电池在1073、1023、973 K 时的输出功率分别为1.00、0.61、0.40 W·cm-2; 以氢气为燃气时, LSGMC5 掺杂量为20%的复合阳极具有最好的电化学性能, 随着LSGMC5 掺杂量的进一步增加, 电极极化电阻显著增大.     

锂浆料电池基础科学问题研究

锂浆料电池是一种低成本、长寿命、高安全性和易回收的容量型电化学储能技术。与传统锂电池的固定粘接电极不同,锂浆料电池的储锂活性颗粒分布在浆料态的三维导电网络中,具有厚电极和可维护再生的特征。目前制约锂浆料电池应用的关键科学问题主要包括：解析不同浆料电极厚度和配比下电子-离子的混合导电机制,获得低内阻、高能量密度和功率密度的电极浆料;解析活性材料表面及浆料-集流体界面的电化学反应机制与微观结构演化规律,降低界面内阻,稳定界面特性,减少极化和容量损失;解析电池性能衰减及失效机制,优化电池在线维护与回收再生方法等。本文将从锂浆料电池的工作原理与特点、浆料电极的关键材料与混合导电机制、浆料-集流体界面与厚电极设计以及电极浆料的维护再生等方面对锂浆料电池基础关键科学问题的研究进展进行介绍。     

电极电势和氧化还原反应

以实验为例讨论电极电势和氧化还原反应的关系,总结出如何通过电极电势差判断反应倾向;电极电势与氧化还原反应的速率无关;氧化还原反应和酸碱性的关系以及运用电极电势应关注的问题。     

非均相电解Mn^2＋的电极过程动力学研究

选择Ｐｂ－Ｓｂ－Ａｓ合金为研究电极，通过阳极极化曲线确定了非均相电解氧化Ｍｎ６２＋电极过程机理，即为在阳极上存在液相和固相两个反应；并确定了４０％Ｈ２ＳＯ４介质中Ｍｎ／Ｍｎ体系的条件电极电势为０．８８６Ｖ。采用旋转圆盘电极研究得到在非均相电解ＭｎＳＯ４过程中电极过程控制步骤为电荷传递－浓度极化混合控制步骤，并确定了电极反应的动力学参数。     

碱性溶液中金电极上氧还原中间物研究

应用改进了的旋转全电极上的电势阶跃计时库仑法,分别测定了不同电极电势下氧还原过程中电极吸附中间物和溶解中间物氧化所需的电量,实验证明,在此过程中电极上确有吸附中间物存在,而且是电极电势的函数,但其分子属性尚需进一步鉴别。     

多硫化钠/溴液流储能电池负极材料的研究

在常规玻璃三电极池中用稳态极化法研究了铁、钴、镍、铅及石墨在 1. 3mol·L-1Na2S4水溶液中的极化行为, 测定了不同材料的交换电流密度.以泡沫镍、镀镍或镀钴碳毡为负极,聚丙腈碳毡为正极组成电池测试了常温下电池的能量效率及循环性能.结果表明:泡沫镍及镀镍或钴的碳毡可做电池负极材料;充放电电流密度为30mA/cm2时,电池的能量效率约 80 %;电池循环性能较好.     

电池各相间的ΔαβGm,B与电池反应的ΔrGm

推导了分别与电池中相间电势差、绝对电极电势和相对电极电势相关的带电粒子相间摩尔吉布斯函数变的表达式，讨论了它们与电池反应的摩尔吉布斯函数变的关系。     

锂金属负极的挑战与改善策略研究进展

锂金属由于其高比容量和低电极电势等优点被认为是下一代高比能量电池体系中最有潜力的负极材料。然而由于锂金属的高活性,锂负极在循环过程中会产生大量的枝晶,导致SEI(solid-electrolyte interphase)破裂,并且枝晶增加了电极与电解液的接触面积,使得副反应进一步增加。此外,脱落的枝晶形成死锂,从而降低电池的充放电库仑效率。并且不可控的锂枝晶持续生长会刺穿隔膜引发电池短路,伴随着电池热失控等安全问题。本综述基于锂负极存在的主要挑战,结合理解锂枝晶的成核生长模型等机理总结并深度分析近些年来在液态和固态电解质体系中改善锂金属负极的主要策略及其作用机理,为促进高比能量锂金属电池的应用提供借鉴参考作用。     

直接甲醇燃料电池的交流阻抗谱分析*

由于能够提供比直流测试方法更为丰富的信息,交流阻抗图谱近些年被广泛的用于直接甲醇燃料电池的研究中。同PEMFC相比,直接甲醇燃料电池具有更为复杂的电极体系。本文通过对交流阻抗技术在直接甲醇燃料电池领域应用的几个关键技术问题的分析,并按照阻抗分析过程的具体的实施步骤加以组织,结合具体的应用实例以阐述交流阻抗谱在直接甲醇燃料电池的各个应用方面,包括电池的原位极化分析,反应机理的剖析,材料性能评估等。     

整合多重表征 促进概念深度理解——以“原电池”为例

有效整合多重表征,是促进学生科学概念深度理解的一种有效策略。本研究整合了科学教育领域中的3个多重表征框架的内容,对高中必修模块的“原电池”进行了教学设计。首先引导学生依次学习原电池的宏观装置、微观原理和电极符号,初步建构原电池概念,之后基于氢氧燃料电池关联表征,让学生建构原电池的装置原理二维模型图,理解原电池概念,最后依托生活中的纽扣电池应用二维模型图实现表征转换,解决实际问题,实现对原电池概念的深度理解。     

质子交换膜燃料电池Pt/C阴极氧还原动力学模拟

质子交换膜燃料电池的商业化应用迫切要求降低其Pt载量. 本文通过Pt/C氧还原电极的动力学模型计算,研究了Pt/C电极中的氧分布、生成电流以及满足实际应用的最小Pt载量. 结果表明：燃料电池Pt/C电极,阴极产生严重浓差极化的催化层厚度为40mm;功率密度达到1.4 W•cm^-2（2.1 A•cm^-2@0.67 V）的电池性能需要3mm左右的Pt/C阴极催化层,阴极Pt载量为0.122 mg•cm^-2,即可使膜电极的阴极铂用量低于0.087 g•kW^-1.     

催化层位置对气体扩散电极性能的影响

以锌空气电池气体扩散电极为研究对象,采用分层添加催化剂的方式研究了改变催化层位置对气体扩散电极放电性能的影响.将气体扩散电极以集流体为中心分为两面:面向空气侧的A面与面向电解液侧的B面.根据催化剂添加位置的不同,制作四类电极:AB两面都添加催化剂、AB两面都不添加催化剂、只在A面添加催化剂、只在B面添加催化剂.在同等条件下对比并分析四类电极的放电效果.实验证明.当催化层位于气体扩散电极的空气侧(A面)时,整个电池的浓差极化与欧姆极化都会增大,而只在气体扩散电极靠近电解液侧(B面)添加催化剂时电极放电性能相对较好.