电化学的发展及应用

电化学的发展从伏特的第一个化学电池开始已经经历过两个多世纪的发展。现在的电化学已经成为国民经济与工业中不可缺少的一部分，应用于各个不同的领域，例如；电解、电镀、光电化学、电催化、金属腐蚀等。同时电化学在生物、汽车工业、分析等这些新兴科学范畴也占有着举足轻重的作用。

1　电化学的发展

早期电化学发展的四大事件：

(1)1780年伽伐尼在青蛙解剖实验中发现当青蛙的四条腿猛烈痉挛时，会引起起电机的发出火花，由这个意外的发现伽伐尼在1791年发表了生物学与电化学之间存在联系的现象。

(2)1833年天才实验家法拉第在经过大量实验之后提出了“电解定律”：m=QM／nF。“电解定律”作为电化学的基础为电化学的发展指明了方向。

(3)1839年格罗夫发明燃料电池，利用铂黑作为电极的氢氧燃料电池点燃了演讲厅的照明灯，从此燃料电池进入了历史的舞台。燃料电池发展到现在已经有了实质性的飞跃。

(4)1905年塔菲尔通过实验获得了塔菲尔经验公式：n=a+blgi；i=Aexp(Bη／RT)，其中a，b称为塔菲尔常数，由电解槽性质决定。

电化学发展史上的其他重要事件：

(1)1799年伏打在银和锌的圆板之间放入了被食盐水浸湿的抹布，发明出了最早的电池。

(2)1876-1878两年年吉布斯发表了《论非均相物体的平衡》第一和第二部分。此篇论文在化学的发展过程中有着无可替代的地位，在论文中电动势第一次被赋予了热力学定义。

(3)1889年25岁的能斯特成为了第一个对电池产生电动势作出合理解释的人，由能斯特提出的能斯特方程是原电势的基本方程。能斯特表示一定温度下可逆电池的电动势与参加电池反应各组分的活度之间的关系，反映了各组分活动对电动势的影响。

(4)1923年德拜和休克尔提出了强电解质离子相互吸引理论，并在此基础上提出了德拜一休克尔极限公式，使电化学的理论计算体系与实验数据处理方面进一步完善。

2　电化学的应用

2.1电化学分析

电化学分析是一种利用物质的电学和电化学性质来进行检测的一种方法。电化学分析通常是使待分析的试样形成一个化学电池，根据所组成电池的某些物理量与化学量之间的联系进行测定。主要有三种类型：

第一类直接电流法，主要通过试液被测物质的活性与化学电池中某些物理量之间的关系进行分析。主要用于测定试样组分离子浓度的变化，pH变化等。

第二类电容量分析法，是以某些电物理量的突变作为分析终点的指示。主要用于电位滴定、电导滴定以及电流滴定等。

第三类电重量分析法，是将试样中的某些待测组分通过电极反转转化为固相，然后根据析出物质的质量来测定组分的含量。

简单介绍以下几种电化学分析：

(1)电位法测定溶液的pH。

电位法测定溶液的pH是目前应用最为广泛切最早应用的电位测定法。其中玻璃电极和饱和甘贡电极作为化学电池的两级。玻璃电极作为测量溶液中氢离子活度的指示电极，饱和甘贡电极作为参比电极。

玻璃电极主要由一个玻璃泡构成，泡的下半部分是一个玻璃薄膜，在玻璃泡中装有pH一定的溶液，其中插入银－氯化银电极作为参比电极。

电位法测定溶液的pH灵敏度和准确度都很高，操作简单方便。20世纪60年代以来由于离子选择性电极的迅速发展，电位测定法的应用性及重要性更是有了重要突破。

(2)电位滴定法。

电位滴定法是一种利用电位法确定终点的滴定方法。进行电位滴定时，在待测溶液中加入一个指示电极，并于一个参比电极组成一个工作电池。随滴定剂的加入，由于发生化学反应，待测离子或与之有关的离子浓度不断变化，指示电极电位也发生相应的变化，而在化学计量点附近发生电位的突越，因此，测量电池电动势的变化就能确定滴定的终点。由此可见，电位滴定与电位测定法不同，它是以测量电位的变化情况为基础的。电位滴定法比电位测定法更准确，但费时多。

2.2燃料电池

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过点击反映直接转换成电能的装置。与传统能源相比，燃料电池在反应过程中不涉及燃烧。因而能量转换效率不受卡若循环的先知，具有高效、洁净的显著特点，被认为是21世纪首选的洁净高效发电技术。燃料电池已备受各国政府重视，燃料电池电动车也已经成为各大汽车公司开发竞争的热点。

燃料电池的特性：

(1)能量转换效率高。

燃料电池的有效效能可达60％-70％，其理论能量转换效率可达90％。实际使用效率则是普通内燃机的2-3倍，其他物理电池，均无法和燃料电池相比。

(2)污染小，噪声低。

燃料电池作为大、中型发电装置使用时，一个突出的优点就是可减少化学污染排放。对于氢燃料电池而言，发电后的产物只有水实现零排放。燃料电池是按电化学的方式发电，不会产生温室气体，可避免温室气体的产生。

(3)模块结构，方便耐用。

燃料电池发电组系统是由单个电池堆叠至所需规模。电站采用模块结构。由工厂生产各种模块，在电站现场安装即可使用。

(4)响应性好，供电可靠。

燃料电池发电系统对负载变动响应速度快。当燃料电池的负载有变动时，它会很快响应，故无论处于额定功率以上过载还是额定功率一下运行都能承受且效率变化不打。

(5)适应能力强。

燃料电池可以使用多种多样的初级燃料，也可以使用发电厂不宜使用的低质燃料。而且燃料电池不需要复杂的机械部件，后期的运行维护容易。

燃料电池的类型：

(1)碱性燃料电池：采用氢氧化钾作为电解质。

(2)磷酸燃料电池：采用200度高温下的磷酸作为电解质。

(3)熔融碳酸盐燃料电解池：工作温度可达650度，工作效率高。

(4)固体氧化物燃料电池：利用固态电解质，性能很好。

电化学作为一门发展了两百多年的学科，古老而又年轻。在理论上，电化学理论已经形成了一套完整的体系，无论是计算还是实际应用都能得意很好的使用。在技术上，电化学已经没有任何瓶颈，在未来更是会进入一个告诉发展的阶段。发电，金属防腐，仪器分析，生物电化学必将在以后进入一个新纪元。电化学的发展也将推动世界经济的发展，解决能源问题，提高人们的生活水平。

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