关于过电位(电极极化)问题的讨论
时间:2014-08-14 13:15 来源:未知 作者:王匆雨 点击:次 所属专题: 电极极化
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一般原电池电流强度不大或者说不连续的原因
1、放电的离子来不及补充,放电的速率不够快,电解质中离子的迁移速度太慢,造成了电流密度不够大。
2、主要析氢过电位的产生:氢离子浓度下降了,电极表面积太小。
【析氢过电位】
氢离子在阴极产生氢气的时候,氢离子放电,但由于氢离子来不及到达阴极电极表面,氢离子浓度降低,同时氢离子发生的还原反应也没有那么迅速,造成了还原反应速率降低,反应速率降低了,则得失电子速率降低了,意思就是电压变小了,电流强度减少了,甚至停止下来!
【解决方法】
1、在电极附近不断搅拌,使氢离子扩散速度加快——实际应用中不可行。
2、增大电极材料的表面积——使用多孔性的电极材料,如:石墨电极(处理成多孔性的石墨电极),或者增大电解材料的表面积。
3、加强氧化剂可以得到稳定的电流和高效的电流强度
主要原因就是避免发生析氢过电位,在许多原电池在反应过程中会有氢气产生,产生过电位,假如加入了强氧化性物质,则氢离子的得到电子的能力相对就下降,就不会产生过电位,因为这个时候主要就是双氧水等强氧化剂得到电子,避免了析氢过电位的产生,而且强氧化剂得电子能力更强,反应的速率更大!
4、减低电解质的内阻
内阻的产生主要由于在电解质溶液中,阴离子和阳离子的迁移过程中离子和分子、离子和离子,不同种电荷的离子和同种电荷的离子相互碰撞,使得离子在某一瞬间会沿相反方向迁移,这也就是电解质在导电过程中会发热的原因。
为了减少内阻,可采取的措施是,减少两个电极之间的距离,增大电极材料的表面积,如增大锌片和铜片的面积。
5、由于氢离子的迁移速度大于其他离子的迁移速度,因此,在工艺上,一般采用酸性介质(当然甲烷燃料电池一般用碱性介质,这里可能主要是因为产物为二氧化碳,在碱性条件下,二氧化碳更容易被吸收),由于氢离子的迁移速率比其他离子迁移得快,可以很好滴补充电极区的离子,从而比较好地避免其他离子的过电位的产生,而且需要氧化剂在酸性条件下具有强的氧化性,得的电子能力在酸性条件下更强,反应速率更快,从而可以保持稳定的电流,电子流密度的衰减也变得慢起来。
【应用案例】
1、氢氧的燃料电池就是用典型的多孔性的电极材料。燃料电池就是使用质子交换膜,也就是氢离子,有些工艺还使用固体电解质,这里的氢离子就是真正的氢离子,而不是水合氢离子,这样的氢离子(也就是质子)迁移的速度更快。
2、锌锰干电池:
(1)电解质避免了氢离子放电,最后是NH4+离子放电,产物为氢气,但由于氢气的产生会使得干电池内部压强变大而损坏干电池,工艺上就采用了MnO2来吸收氢气。
(2)另外干电池中产生的氨气对干电池本身影响不大,因为氨气可以很好地溶解在电解质中。
(3)干电池的糊状电解质还是为酸性的,有利电解质中氢离子的迁移,增强电子流密度。
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