材料电化学3II
Chapter 3 Electrochemical kinetics and voltammetric analysis —Part II : Linear Potential Sweep
罗鲲
材料科学与工程学院
College of Materials Science and Engineering (MSE)
1. 动电位扫描法（伏安法）
?一、动电位扫描法，也叫线性电位扫描法，就是控制电极电位以恒定的速度变化，即常数，同时测量通过电极的电流就可得到动电位扫描曲线。这种方法在电分析化学中常称为伏安法。此法又分为单程动电位扫描法（a ），三角波电位扫描法（周期伏安法、循环伏安法、循环扫描法、CV 法）（b ）和连续三角波电位扫描法（c ）等。
?=dt d /?⊿φ= 1-2
??
动电位扫描法分小幅度运用和大幅度运用
?小幅度运用时扫描电位幅度一般在10mV以内，主要用来测定双电层电容和反应电阻。一般为电化学控制。
?大幅度运用时，电位扫描范围较宽，可以在感兴趣的整个电位范围内进行扫描，一般为扩散控制，常用来：
1）对电极体系作定性和半定量的观测
2）判断电极过程的可逆性及控制步骤
3）观察整个电位范围内可能发生哪些反应
4）研究吸附现象及电极反应中间产物（物别在有机电极过程中常用）
5）在金属腐蚀和电结晶研究中也得到广泛的应用。
1.1 电化学极化下的动电位扫描法
?从平衡电位开始以小幅度（⊿φ＜10mV）动电位扫描时，电极过程一般为电化学极化，而且通常处于线性极化区。
?所以可用这种方法测定极化电阻Rr，进而计算电极反应的交换电流。
?另外，在小幅度电位范围内可近似认为Cd为常数，不随电位改变，因此，也可用这种方法测定双电层电容Cd。
?小幅度等腰三角波电位扫描法的电位和电流波形图
?从图中可知，当电极电位为-0.82V 时
为17.6A/cm 2，得：
?用这种方法测微分电容
要求溶液电阻要小或进
行溶液补偿；电极表面
无高阻膜。因为，如果
电极表面有高阻膜（如
钝化膜）或溶液电阻太
大，将抑制双电层充电
电流，发生负偏差。
i Δ1.01011026.17233??×××=??
????Δ=dt d i C d ?2
26/88/1088cm F cm F μ=×=?
0 t p/ 2
Φ
p/ 2Φ
p
i
pΦ
1/ 2
?出现峰值电流是两个相反的因素共同作用的结果1）当处于平衡电位的电极加上一个大幅度的线性扫描电压时，一方面电极反应随所加过电位的增加而速度加快，反应电流增加；但另一方面电极反应的结果使电极表面附近反应物的浓度下降，生成物的浓度升高，促使电极反应速度下降。这两个相反的影响因素产生了电流峰值。峰值前过电位的变化起主导作用，峰值后峰值后，反应物的扩散流量起主导作用。随着时间延长，扩散层厚度增大，扩散流量降低。
因反应受扩散控制，故电流下降。
2）扫描速度不同，峰值电流不同，曲线的形状和数值也不相同，所以动电位扫描实验中电位扫描速度的选择十分重要。
R e d O x ne?
→+
?对于不可逆反应为曲线2，
２５℃时，峰值电流为：
?相应的峰值电位：
K 1：反应速度常数。b ：塔费尔斜率，由上式可得：2102121303.2496.0υCo D b nF i p ??
????=303.2ln 303.2ln 2178.02110b D K b p ???????
??????????????????+?=υ??anF RT b 303.2=2lg b d d p ?=υ?
操作: 用不同扫速测定，对作图，得直线，由直线的
斜率可求得b 。然后将b 代入峰值
电流公式可求n 或D 。p ?p
?υlg
大幅度线性电位扫描法的特点与应用
(1)电化学反应可否发生的判定
1)对于溶液中的化学种,可判别其是否可以发生电化学反应,并可判定何时发生
2)对于合金或金属,可以判别选择性腐蚀可否发生,如发生时可进行相分离
(2)定性和定量分析
对于给定的电极体系，不管电极反应中逆与否，当电位扫描速度一定时，为定值，与浓度无关；而与C 0 成正比。根据这一原理，可进行定性和定量分析，电分析化学上通常称其为示波极谱。
?示波极谱分析的误差来自两方面:
一是双电层充电电流i c = C d v ，且C d 可能随电位变化，所以i c 也随变化。实际测得的电流是i c 和i r 之和，所以测得的电流峰值i p 有了误差。
另一方面是欧姆极化的影响。因为电流增大至峰值的过程中，欧姆极化也在增大，所以真正的电极电位的改变速度v 就减小了, v 又导致了i p 的减小。如果在峰值的欧姆极化达到50mV ，分析误差可达18%。上述两种误差都随扫速v 的增大而增大，所以，虽然提高v 可以提高i p （即提高灵敏度），但是误差也随之讯速增加。
p ?p i
碳材料在电化学储能中的应用_梁骥
碳材料在电化学储能中的应用 梁骥，闻雷，成会明，李峰* （中国科学院金属研究所先进炭材料研究部，辽宁沈阳110016） 摘要：电化学储能材料是电化学储能器件发展及性能提高的关键之一.碳材料在各种电化学储能体系中都起到 了极为重要的作用，特别是近期出现的各类新型碳材料为电化学储能的发展带来了新动力，并展现了广阔的应用前景.本文综述了碳材料，特别是以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料，在典型电化学储能器件（锂离子/钠离子电池、超级电容器和锂硫电池等）、柔性电化学储能和电化学催化等领域的研究进展，并对碳材料在这些领域的应用前景进行了展望. 关键词：碳材料；电化学；储能；催化；锂硫；氧还原中图分类号：O646 文献标识码：A 收稿日期：2015-09-11，修订日期：2015-11-04 *通讯作者，Tel:(86-24)83970065，E-mail ：fli@https://www.docsj.com/doc/9611255603.html, 沈阳材料科学国家(联合)实验室葛庭燧奖研金项目、科技部国家重大科技研究计划项目(No.2011CB932604, 2014CB932402)、国家自然科学基金(No.51221264，No.51525206，No.51172239，No.51372253，No.U14012436)、中国科学院 战略性科技先导专项(No.XDA01020304)和重点部署项目(No.KGZD-EW-T06)资助 电化学 JOURNAL OF ELECTROCHEMISTRY 第21卷第6期 2015年12月 Vol.21No.6Dec.2015 DOI :10.13208/j.electrochem.150845 Cite this :J .Electrochem .2015,21(6):505-517 Artical ID :1006-3471(2015)06-0505-13Http ://https://www.docsj.com/doc/9611255603.html, 交通、信息等领域的高速发展，对具有高能量/功率密度、长寿命、安全、廉价以及环境友好等特性的电化学储能器件提出了愈加迫切的需求.为实现电化学储能器件的快速充放电，需提高其功率密度；为增强续航能力，需提高其能量密度；为延长使用寿命，需提高其循环性能；为实现便携性，需轻、薄、可弯折等特性，而影响这些性能的根本因素在于电化学储能材料（电极材料）的特性.因此，研究开发高性能、低成本的电极材料是电化学储能器件研发工作的核心. 目前，高性能电极材料已成为材料和电化学储能应用研究领域的热点，而针对未来的电池系统，如锂硫电池和柔性电池等，电极材料的研究具有更大的科学意义和应用潜力，并受到了广泛关注.然而电化学储能体系十分复杂，诸多热力学和动力学行为（包括化学、物理、力学等行为）在电化学过程中于不同尺度同时发生，这些行为与电极材料的结构和性质密切相关，但由于研究手段的制约，人们对这些行为的认识并不深入.尽管对于电化学储能的材料和器件的研究已经取得较大进展，但迄今尚未取得根本性的突破，目前的电化学储能材料难以满足未来新型电子器件的要求[1]. 碳材料具有结构多样、表面状态丰富、可调控性强、化学稳定性好等优点，同时具有优异的电输运特性和高活性表面，长久以来一直是各类电化学储能器件的理想材料，同时也是电化学储能体系中的关键组分，以活性物质、导电剂、包覆层、柔性基体、电催化剂（载体）等多种形式应用于电化学储能器件/体系中并发挥重要作用.特别是以碳纳米管和石墨烯为代表的新型碳纳米材料，具有优异的导电性、高比表面积和可构建三维网络结构的特点，在电化学储能领域表现出巨大的应用潜力，近年来得到了快速发展[2]. 1碳材料概述 碳材料的发展不断给科学和研究拓展新的领域并带来新的方向.从上个世纪发现的富勒烯、碳纳米管到近期出现的石墨烯和石墨炔一直被广大研究人员和产业部门所关注，形成了持续热点.碳元素在自然界中广泛存在，具有构成物质多样性、特异性特点.作为单质，碳原子可由sp 1、sp 2、sp 3三种杂化方式形成结构和性质完全不同的固体.其中，sp 2杂化的碳原子构成的碳质材料形式最为多样，新型碳材料基本都是以sp 2杂化为主. sp 2杂化的碳材料由石墨片层或石墨微晶构
碳纳米材料在电化学传感器中的应用
碳纳米材料在电化学传感器中的应用研究 摘要由于碳纳米材料具有良好的力学、电学及化学性能而被人们广泛研究，特别是对于具有大比表面积、高的电导率和良好生物相容性的碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯更是研究的热点。这些新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域，特别是在电化学领域中显示出其独特的优势。本文主要阐述了碳纳米材料在电化学传感器领域的应用。 关键词碳纳米管石墨烯电化学传感器 1电化学传感器概述 电化学传感器主要由两部分组成：识别系统；传导或转换系统。 识别系统与待测物的某一化学参数（常常是浓度）与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，电化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。电化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。 最早的电化学传感器可以追溯到 20 世纪 50 年代，当时用于氧气监测。到了 20 世纪80 年代中期，小型电化学传感器开始用于检测 PEL 范围内的多种不同有毒气体，并显示出了良好的敏感性与选择性。目前，为保护人身安全起见，各种电化学传感器广泛应用于许多静态与移动应用场合。 2 碳纳米材料——碳纳米管和石墨烯 随着科学技术的进步,研究者发现空间尺寸在0.1-100 nm之间的物质拥有很多宏观状态下没有的特性[1]。我们把这些具有一定功能性、三维空间尺寸至少有一维介于0.1-100 nm 之间的一类物体统称为纳米材料。它是由纳米微粒、原子团簇、纳米丝、纳米管、纳米薄膜或由纳米粒子组成的块体。由于具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点,以及其特有的量子尺寸效应[2, 3]、体积效应[4]、表面效应[5]和量子隧道效应[6]等特性,纳米材料在光学、热学、催化、光化学以及敏感特性等方面具有一系列特殊的性质,因此它具备其它一般材料所没有的优越性能,可广泛应用于电子、医药、化工、生物、军事、航空航天等众多领域,在整个新材料的研究应用方面占据着核心的位置。 碳是一种非金属元素,位于元素周期表的第二周期IV A族。作为地球上最容易得到的元素之一,碳元素以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用,它在常温下的化学性质比较稳定,不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。利用现代科技的不同制备方法,我们可以制备出不同独特空间结构和特异性能的碳纳米材料,其中包括零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯和三维的石墨或金刚石。依靠独特的空间结构和优异的化学性能,它们可以应用于各个领域中。接下来我们主要介绍一下碳纳米管和石墨烯。 2.1碳纳米管 CNTs是1991 年日本电镜学家Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧中产生
腐蚀电化学实验报告
腐蚀电化学分析 杨聪仁教授编撰一、实验目的 以电化学分析法测量金属在不同环境下的腐蚀速率。 二、实验原理 2-1 腐蚀形态 腐蚀可被定义为材料受到外在环境的化学侵蚀而导致退化的象。大多数材料的腐蚀包含了由电化学引起的化学侵蚀。我们可根据被腐蚀金属的表面，简便地将腐蚀型态分类，如图一。有许多类型易被辨识，但各种腐蚀类型彼此间都有某种程度的关连。这些类型包括： 均匀或一般侵蚀腐蚀应力腐蚀 化学或两金属腐蚀冲蚀腐蚀 孔蚀腐蚀涡穴损伤 间隙腐蚀移擦腐蚀 粒间腐蚀选择性腐蚀 均匀或一般侵蚀腐蚀 均匀腐蚀是指当金属处于腐蚀环境时，金属整个表面会同时进行电化学反应。就重量而言，均匀腐蚀是金属所面临的最大腐蚀破坏，尤其是对钢铁来说。然而，它很容易藉由保护性镀层、抑制剂及阴极保护等方法来控制。 化学或两金属腐蚀 由于不同金属具有不同的电化学电位，因此当要将不同金属放在一起时，必须格外小心，以免产生腐蚀现象。两金属化学腐蚀的另一个重要考虑因素是阳极与阴极的比率，也就是面积效应(area effect)。阴极面积大而阳极面积小是一种不利的面积比率，因为当某特定量的电流经过金属对时，例如不同尺寸的铜极及铁极，小电极的电流密度会远大于大电极，因此小阳极将会加速腐蚀。所以大阴极面积对小阳极面积的情形应尽量避免。 孔蚀腐蚀 孔蚀是会在金属上产生空孔的局部腐蚀类型。此类型的腐蚀若造成贯穿金属的孔洞，则对工程结构会有相当的破坏效果。但若没有贯穿现象，则小蚀孔有时对工程设备而言是可接受的。孔蚀通常是很难检测的，这是因为小蚀孔常会被腐蚀生成物覆盖所致。另外蚀孔的数目及深度变化也很大，因此对孔蚀所造成的破坏不太容易做评估。也因为如此，由于孔蚀的局部本质，它常会导致突然不可预测的破坏。蚀孔会在腐蚀速率增加的局部区域发生。金属表面的夹杂物，其他结构不均匀物及成份不均匀处，都是蚀孔开始发生的地方。当离子和氧浓度差异形成浓淡电池时也可产生蚀孔。 间隙腐蚀是发生于间隙及有停滞溶液之遮蔽表面处的局部电化学腐蚀。若要产生间隙腐蚀，必须有一个间隙其宽度足够让液体进入，但却也可使液体停滞不流出。因此，间隙腐蚀通常发生于开口处有百万分之几公尺或更小宽度的间隙。 粒间腐蚀
电化学实验报告
电化学分析实验报告 院系：化学化工学院专业班级：学号：姓名： 同组者： 实验日期： 指导老师： 实验一：铁氰化钾在玻碳电极上的氧化还原 一、实验目的 1.掌握循环伏安扫描法。 2.学习测量峰电流和峰电位的方法。 二、实验原理 循环伏安法也是在电极上快速施加线性扫描电压，起始电压从ei开始，沿某一方向变化， 当达到某设定的终止电压em后，再反向回扫至某设定的起始电压，形成一个三角波，电压扫 描速率可以从每秒数毫伏到1v。 当溶液中存在氧化态物质ox时，它在电极上可逆地还原生成还原态物质，即 ox + ne → red;反向回扫时，在电极表面生成的还原态red则可逆地氧化成ox，即 red → ox + ne.由 此可得循环伏安法极化曲线。 在一定的溶液组成和实验条件下，峰电流与被测物质的浓度成正比。从循环伏安法图中 可以确定氧化峰峰电流ipa、还原峰峰电流ipc、氧化峰峰电位φ pa 和还原峰峰电位φpc。 对于可逆体系，氧化峰峰电流与还原峰峰电流比为:ipa/ipc =1 25℃时，氧化峰峰电位 与还原峰峰电位差为:△φ条件电位为:φ=（φpa+ φpc）/2 由这些数值可判断一个电极过程的可逆性。 =φ pa - φpc≈56/z (mv) 三、仪器与试剂 仪器:：电化学分析仪va2020, 玻碳电极、甘汞电极、铂电极。试剂：铁氰化钾标准溶 液，0.5mol/l氯化钾溶液，蒸馏水。 四、实验步骤 1、溶液的配制 移取铁氰化钾标准溶液（10mol/l）5ml于50ml的塑料杯中，加入0.5mol/l氯化钾溶液， 使溶液达到30ml 。 2、调试 （1）打开仪器、电脑，准备好玻璃电极、甘汞电极和铂电极并清洗干净。（2）双击桌 面上的valab图标。 3、选择实验方法：循环伏安法 设置参数：低电位:-100mv；高电位600mv；初始电位-100mv； 扫描速度：50mv/s；取样间隔：2mv；静止时间：1s；扫描次数：1；量程: 200μa。 4. 开始扫描：点击绿色的“三角形”。 5. 将上述体系改变扫描速度分别为10mv/s、50mv/s、100mv/s、160mv/s、200mv/s，其 他条件不变，作不同速度下的铁氰化钾溶液的循环伏安曲线，其峰值电流与扫描速度的平方 根成正比关系。 -3 五、实验数据及处理 1. 找到循环伏安曲线上对应的氧化与还原峰，然后手动做切线。
英国city一氧化碳电化学传感器资料
7E & 7E/F CiTiceL ? Technical Specifications 3-electrode electrochemical 0-1000 ppm CO 2000 ppm CO None To remove SOx/NOx and H 2S 0.10 ± 0.02 μA/ppm <25 Seconds at 20°C <30 Seconds at 20°C -1 to +3 ppm equivalent <9 ppm equivalent 1% of signal Linear Product Dimensions All dimensions in mm All tolerances ±0.15 mm unless otherwise stated IMPORTANT NOTE: Connection should be made via PCB sockets only. Soldering to the pins will seriously damage your sensor and invalidate the warranty. All performance data is based on conditions at 20°C, 50% RH and 1013 mBar, using City Technology recommended circuitry. For sensor performance data under other conditions, refer to Operating Principles OP08 or contact City Technology. Carbon Monoxide (CO) Gas Sensor Part Numbers: 7E (AB704-400) & 7E/F (AB704-407) MEASUREMENT Operating Principle Measurement Range Maximum Overload Filter: 7E 7E/F Sensitivity Response Time (T 90): 7E 7E/F Baseline Offset (clean air)Zero Shift (-20°C to +40°C)Repeatability Linearity 10 ? Not Required ELECTRICAL Recommended Load Resistor Bias Voltage 17 g Polycarbonate ABS Any MECHANICAL Weight Housing Material: Cap Body Orientation Portable Life Safety -20°C to +50°C 0°C to 20°C Atmospheric ± 10% 0.020 ± 0.008 % signal/mBar 15 - 90% RH non-condensing ENVIRONMENTAL Typical Applications Operating Temperature Range Recommended Storage Temp Operating Pressure Range Pressure Coefficient Operating Humidity Range <5% signal loss/year Three years in air 6 months in CTL container 24 months from date of despatch LIFETIME Long Term Sensitivity Drift Expected Operating Life Storage Life Standard Warranty Key Features & Benefits: ? Robust, industry standard 7-Series packaging ? Compact Size
材料电化学报告题目
机研12材料电化学报告题目 任课教师赵明 考核目的：通过本课程的学习，研究生应该掌握材料电化学基本原理及其相关内容，了解本课程方向的技术发展特点及动向，学会查阅资料，学习作科学报告的方法，学习分析材料电化学过程有较全面了解的基础，达到学以致用的目的。 考核形式：四次Seminar报告 1．材料电化学过程的测试技术 2．生物材料使用中的电化学过程实例 3．工业电化学和电化学工程中的材料电化学过程 4．纳米电化学过程 预期目标：集思广益。通过大家的努力，采用交流的方式，达到更多地、尽可能全面地了解相关信息，学习分析材料电化学过程有较全面了解的基础，达到学以致用的目的。报告题目： Seminar 1．材料电化学过程的测试技术 理解材料电化学过程的不同测试技术。通过学习，能够为分析材料电化学具体过程选择合适的分析方法。 要求介绍的内容： –材料电化学过程的测量方法 –材料电化学稳态测量及暂态测量 –电化学测量技术的控制参数 –电化学测量目标 Seminar 2．生物材料使用中的电化学过程实例 介绍一种生物材料使用中的电化学过程实例。 要求介绍的内容： –生物材料简况及发展趋势 –生物材料使用中的电化学过程特点 –生物材料使用中的电化学动力学过程 –生物材料存在的问题和取得的经验 Seminar 3．工业电化学和电化学工程中的材料电化学过程 1) 电解、电镀、金属腐蚀与防护、电沉积、表面处理技术 2) 各工业电化学技术常用在哪领域？各有什么特点？ 3 ) 国内外大学研究概况及特点 4 ) 国内外的主流杂志及特点 Seminar 4 纳米电化学过程 例如（1）纳米材料的电化过过程 （2）材料的纳米尺度电化学加工过程 （3）MEMS制造中的纳米电化学过程
电化学实验报告实验报告
Experimental class on“Fuel Cell and Electrochemistry” Experiment setup Equipment: CHI760D electrochemical station Three electrode system. WE: CE: RE: Saturated Calomel Electrode Solution: 1.0 ×10-3mol/L K 3 [ Fe (CN)6] + 0.1M KCl Lab report 1) Plot curves of LSV curve, and describe why current changes with sweeping voltage? 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 0.000000 0.000002 0.000004 0.000006 0.000008 0.000010 Potential/V C u r r e n t /u A Reason: V oltage is a driving force to an electrode reactions, it is concerned with the equilibrium of electron transfer at electrode surface . As the altering of applied voltage, the Fermi-level is raised (or lowered), which changing the energy state of the electrons. Making the overall barrier height (ie activation energy) alter as a function of the applied voltage. (1). In this reaction, when voltage is 0.6V, there is no electron transfer, so the current is zero. With the voltage to the more reductive values, the current increases. (2). When the diffusion layer has grown sufficiently above the electrode so that the flux of reactant to the electrode is not fast enough to satisfy that required by Nernst Equation. The peak is obtaining. (3). When the reaction continued, it would get a situation that there will be a lower reactant concentration at the electrode than in bulk solution, that is, the supply of fresh reactant to the surface decreased, so current decreases.
电化学读书报告2-田云生
中国地质大学（武汉） 2016年 电化学 读书报告 报告题目：硬质合金电化学腐蚀行为的研究进展 报告作者：田云生 学院：材料科学与化学工程学院 专业：应用化学 班级：031144 学号：20141001960 指导老师：杨丽霞 一、摘要 (1)
二、前言 (1) 2.1燃料电池的发明 (1) 2.2燃料电池的工作原理 (2) 2.3 燃料电池的分类和应用 (4) 三、主要内容 (5) 3.1 燃料电池与热机动力对比 (5) 3.2燃料电池与电池对比 (7) 3.3 燃料电池与氧阴极电解对比 (9) 四、读书报告结论与感言 (10) 4.1结论 (10) 4.2感言 (11) 五、参考文献 (11)
一、摘要 燃料电池是一种利用催化反应原理，使原料的化学能转化为电能的装置，近些年随着材料技术的进步，燃料电池日益可靠高效，其经济性也逐步得到体现，正被应用于越来越多的领域。在氯碱工业中，使用氢燃料电池具有独特的优势，应引起重视和研究。 二、前言 2.1燃料电池的发明 燃料电池目前已经在多个领域都进行了应用尝试，虽然说法上是一种“新型电池”，其出现并不新，早在1839 年，英国物理学家威廉·格罗夫就制作了世界上第一个燃料电池。上世纪60 年代，美国首先将燃料电池用于双子星宇宙飞船，但该电池由于采用聚苯乙烯磺酸膜，在电池工作中发生膜降解，不但导致寿命缩短，而且污染生产的水，宇航员无法饮用，因此，在以后的阿波罗飞行中让位于石棉膜型碱性氢氧燃料电池。 燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，如应用于汽车、飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。虽名为“燃料电池”，但其并不是用来储存电能的电池，而是发电站，产生电量的方式并不是像内燃机或外燃机一样使燃料燃烧产生能量，而是使用催化反应原理使燃料的化学能直接转化为电能。其中最常见的燃料为氢，除了氢以外，一些碳氢化合物例如天然气、醇、和甲烷等有时也会作燃料使用。从原理上说，一切可以燃烧的气体或液体燃
腐蚀电化学实验报告
腐蚀电化学分析 杨聪仁教授编撰 一、实验目的 以电化学分析法测量金属在不同环境下的腐蚀速率。 二、实验原理 2-1 腐蚀形态 腐蚀可被定义为材料受到外在环境的化学侵蚀而导致退化的象。大多数材料的腐蚀包含了由电化学引起的化学侵蚀。我们可根据被腐蚀金属的表面，简便地将腐蚀型态分类，如图一。有许多类型易被辨识，但各种腐蚀类型彼此间都有某种程度的关连。这些类型包括： 均匀或一般侵蚀腐蚀应力腐蚀 化学或两金属腐蚀冲蚀腐蚀 孔蚀腐蚀涡穴损伤 间隙腐蚀移擦腐蚀 粒间腐蚀选择性腐蚀 均匀或一般侵蚀腐蚀 均匀腐蚀是指当金属处于腐蚀环境时，金属整个表面会同时进行电化学反应。就重量而言，均匀腐蚀是金属所面临的最大腐蚀破坏，尤其是对钢铁来说。然而，它很容易藉由保护性镀层、抑制剂及阴极保护等方法来控制。 化学或两金属腐蚀 由于不同金属具有不同的电化学电位，因此当要将不同金属放在一起时，必须格外小心，以免产生腐蚀现象。两金属化学腐蚀的另一个重要考虑因素是阳极与阴极的比率，也就是面积效应(area effect)。阴极面积大而阳极面积小是一种不利的面积比率，因为当某特定量的电流经过金属对时，例如不同尺寸的铜极及铁极，小电极的电流密度会远大于大电极，因此小阳极将会加速腐蚀。所以大阴极面积对小阳极面积的情形应尽量避免。
孔蚀腐蚀 孔蚀是会在金属上产生空孔的局部腐蚀类型。此类型的腐蚀若造成贯穿金属的孔洞，则对工程结构会有相当的破坏效果。但若没有贯穿现象，则小蚀孔有时对工程设备而言是可接受的。孔蚀通常是很难检测的，这是因为小蚀孔常会被腐蚀生成物覆盖所致。另外蚀孔的数目及深度变化也很大，因此对孔蚀所造成的破坏不太容易做评估。也因为如此，由于孔蚀的局部本质，它常会导致突然不可预测的破坏。蚀孔会在腐蚀速率增加的局部区域发生。金属表面的夹杂物，其他结构不均匀物及成份不均匀处，都是蚀孔开始发生的地方。当离子和氧浓度差异形成浓淡电池时也可产生蚀孔。 间隙腐蚀是发生于间隙及有停滞溶液之遮蔽表面处的局部电化学腐蚀。若要产生间隙腐蚀，必须有一个间隙其宽度足够让液体进入，但却也可使液体停滞不流出。因此，间隙腐蚀通常发生于开口处有百万分之几公尺或更小宽度的间隙。 粒间腐蚀 粒间腐蚀是发生在合金晶界及晶界附近的局部腐蚀现象。在正常情况下，若金属均匀腐蚀时，晶界的反应只会稍快于基地的反应。但在某些情况下，晶界区域会变得很容易起反应而导致粒间腐蚀，如此会使合金的强度下，甚至导致晶界分裂。 应力腐蚀 金属的应力腐蚀破裂(SCC)是指由拉伸应力及腐蚀环境结合效应所导致的破裂。在SCC期间，金属表面通常只受到很轻微的侵蚀，但局部裂缝却很快沿着金属横断面传播。产生SCC所需的应力可以是残留应力或施加应力。裂缝会开始于金属表面上的蚀孔或其他不连续处。在裂缝开始成长时，其尖端会开始向前，此时作用在金属上的拉伸应力会在裂缝尖端处形成高应力，当裂缝尖端向前传播时，在裂缝尖端处也会产生电化学腐蚀而使阳极金属溶解。裂缝会沿着垂直于拉伸应力的方向成长，直到金属破坏为止。若应力或腐蚀其中任一停止，则裂缝将停止成长。 冲蚀腐蚀 冲蚀腐蚀可被定义为由于腐蚀性流体与金属表面相对运动而导致金属腐蚀速率加速的现象。当腐蚀性流体的相对运动速率相当快时，机械磨擦效应将会相当严重。冲蚀腐蚀的特征为金属表面具有与腐蚀性流体流动方向相同的凹槽、蚀孔与圆孔等。 涡穴损伤 此类型的冲蚀腐蚀是由接近金属表面之液体中的气泡及充气孔穴破灭所造成的。涡穴损伤通常发生在具有高速液体流动及压力改变的金属表面。 移擦腐蚀 移擦腐蚀发生在材料承受振动及滑动负荷的界面处，它会形成具有腐蚀生成物的凹槽或蚀孔。当金属发生移擦腐蚀时，磨擦表面间的金属碎片会被氧化且某些氧化膜会因磨擦动作而剥落，因此摩擦表面间会累积可当研磨剂用的氧化物颗粒。
电化学储能体系的特点及其未来发展的思考
电化学储能体系的特点及其未来发展的思考 摘要：电化学储能的发展史，是一部材料科技的进步史，工艺的改进使其量变，新材料的改进使其质变。突破应用范围，提高能量密度，始终是电化学储能技术的不便追求，各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。 关键词：电化学储能铅酸电池氧化还原液流电池钠硫电池超级电容器锂离子电池 正文：电能是现代社会人类生活、生产中必不可缺的二次能源。随着社会经济的发展,，人们对电的需求越来越高。电力需求昼夜相差很大，但发电厂的建设规模必须与高峰用电相匹配，投资大利用率较低。另一方面，随着化石能源的不断枯竭，人们对风能、水能、太阳能等可再生能源的开发和利用越来越广泛。为了满足人们生产及生活的用电需求，减少发电厂的建设规模，减少投资，提高效率，以及保证可再生能源系统的稳定供电，开发经济可行的储能(电)技术，使发电与用电相对独立极为重要。目前储能技术应用最为广泛的是电化学储能，电化学储能的发展史，是一部材料科技的进步史，工艺的改进使其量变，新材料的改进使其质变。突破应用范围，提高能量密度，始终是电化学储能技术的不便追求，各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。下面分别介绍这几种储能电池的特点。 铅酸电池：自从1859年法国人普兰特发明了铅酸电池，至今已有140多年的历史。在这一百多年来以来，人们对它进行不断的研究和改进，是铅酸电池得到了极大的发展，目前主流的是阀控式铅酸电池。铅酸电池由于材料来源广泛，价格低廉，性能优良，目前应用比较广泛。 铅酸电池的优点：
多孔碳纳米球的制备及其电化学性能_杨秀涛
物理学报Acta Phys.Sin.Vol.66,No.4(2017)048101 多孔碳纳米球的制备及其电化学性能 ?杨秀涛梁忠冠袁雨佳阳军亮夏辉? (中南大学物理与电子学院,长沙 410083) (2016年10月11日收到;2016年10月31日收到修改稿) 以三嵌段共聚物F108为软模板,通过水热法合成酚醛树脂球并在氮气氛围下碳化、KOH 活化处理,最终得到多孔碳纳米球材料.通过扫描电子显微镜,透射电子显微镜和氮气吸附分析仪对样品进行表征,结果表明样品的平均粒径为120nm,球形度高,比表面积达到1403m 2/g,孔径分布广.通过X 射线衍射研究样品的结晶度, 序度提高明,10000次循环充放电后,关键词:PACS:1引上的电池,长、能影响较大[纳米管[5,6]球[12?14].物为模板,活化,得到活 P123(PEO 20-. 为软模板,利用水(porous .通过扫描电子X 射线,研究孔隙结构、 ?国家自然科学基金(批准号:51673214)资助的课题.?通信作者.E-mail:xhui73@https://www.docsj.com/doc/9611255603.html, ?2017中国物理学会Chinese Physical Society https://www.docsj.com/doc/9611255603.html, 网络出版时间：2017-01-12 10:56:13 网络出版地址：https://www.docsj.com/doc/9611255603.html,/kcms/detail/11.1958.O4.20170112.1056.016.html
结晶度和表面官能团的影响.结合PCNS 样品的电化学性能的测试,研究了PCNS 样品的理化特性对其电化学性能的影响. 2实验部分 2.1 多孔碳纳米球的合成 首先,称取1.96g 三嵌段共聚物F108溶解于30mL 水中搅拌均匀得到澄清溶液A.然后称1.2g 的苯酚并量取4.2mL 质量分数为37%的甲醛溶液溶解于30mL 的0.1M(mol/L)氢氧化钠溶液,搅拌均匀, min 体系中加入到溶液B.取物质烘干.氛下以700? 物PCNS 为中性,900?C 时,2.2600i)TWIX)比表面积S 孔面积(S 计算.品的孔径分布.用X 射线衍射仪(XRD,SIEMENS D500)在电压为40kV 、电流为100mA,Cu 靶、K α射线(λ=0.15056nm)、石墨单色滤波器以及衍射角为10?—70?的条件下以2?/s 的速度对样品扫描. 用红外光谱仪(FTIR,Niclet 380)对样品在波数500cm ?1—4500cm ?1范围内进行扫描,根据得到的吸收光谱图分析样品的表面元素及官能团组成. 2.3电化学特性测试 采用辰华CHI660E 电化学工作站在三电极体 系进行电化学特性的测试.测试体系的对电极和参比电极分别采用铂片电极和Hg/HgO 电极,而工作电极的制备采用(1×1)cm 2泡沫镍为基底,将制备的多孔碳纳米球样品作为活性物-质和乙炔黑,用乙醇作为溶剂,60wt%聚四氟乙烯(PTFE)混合,调成浆状,,于10MPa 压(cyclic (galvano-GC)和电化学阻spectroscopy,5,10,20,50,100V 的电压区间进行·m ), (1) (A),放电时间(g).电化学kHz,微扰为,1(b)分别是PCNS 1(c)和图1(d)是照片,图1(e)和TEM 照片,每TEM 照片,KOH 处理后其粒径大小没有明显的改变.从选区电子衍射图可知,样品在?002?和?100?晶面处具有衍射特征峰.由超高放大倍数TEM 照片,可以看出样品PCNS700和PCN900的微晶有序度要高于PCNS 的有序度.
金属材料的电化学腐蚀与防护
金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1．金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 在 由于?O(Fe2＋/Fe)< ?O（Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。
②金属铁和锌直接接触，环境同上，则由于?O(Zn2＋/Zn)< ?O(Fe2＋/Fe)， 锌作为阳极受到腐蚀，而铁作为阴极，铁表面的氧气得电子后不断生成氢氧根离子，导致酚酞变红（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下：阳极反应式： Zn = Zn2＋＋2e－ 3Zn2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Zn3[Fe(CN)6]2 (黄色沉淀) 阴极（铁表面）反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 三、实验用品 仪器：0mL小烧杯，小试管（3支），10mL小量筒（1只）铁片，铜丝，锌 丝，滤纸片（若干），塑料镊子，洗瓶，细砂纸（约3×3cm2）。 药品：NaCl（0.1 mo1·L－1），K3[Fe(CN)6]（0.1 mo1·L－1），乌洛托品(CH2)6N4（20％），CuSO4（0.1 mo1·L－1），HCl（0.1 mo1·L－1、6 mo1·L－1，浓），酚酞（0.5％），洗洁精，检验液（3％的CuSO4），磷化液（配方：H3PO4（85％）：45g·L－1，ZnO：28 g·L－1，Zn(NO3)2：28 g·L－1，NaF：2 g·L－1 ，HNO3（浓）：29 g·L－1）。 四、实验内容 1．金属的电化学腐蚀
电位电压的测定实验报告范文三篇.doc
电位电压的测定实验报告范文三篇 篇一：电极电位的测量实验报告 一．实验目的 1. 理解电极电位的意义及主要影响因素 2. 熟悉甘汞参比电极的性能以及工作原理 3. 知道电化学工作站与计算机的搭配使用方法 二．实验原理 电极和溶液界面双电层的电位称为绝对电极电位，它直接反应了电极过程的热力学和动力学特征，但绝对电极电位是无法测量的。在实际研究中，测量电极电位组成的原电池的电动势，而测量电极电位所用的参考对象的电极称为参考电极，如标准氢电极、甘汞电极、银-氯化银电极等，该电池的电动势为：E＝φ待测－φ参比 上述电池电动势可以使用高阻抗的电压表或电位差计来计量 在该实验中，采用甘汞电极为研究电极，铁氰、化钾/亚铁氰、化钾为测量电极。在1mol的KCl支持电解质下，分别用10mM摩尔比1:1和1:2的铁氰、化钾/亚铁氰、化钾溶液在常温（27℃）以及45℃下测量，收集数据，可得到相同温度不同浓度的两条开路电位随时间变化曲线、相同浓度不同温度的两条开路电位随时间变化曲线。可以用电极电势的能斯特方程讨论温度
对于电极电势的影响 三．实验器材 电化学工作站；电解池；甘汞电极；玻碳电极；水浴锅 铁氰、化钾／亚铁氰、化钾溶液（摩尔比1:1和1:2）（支持电解质为1M KCl）； 砂纸；去离子水 四．实验步骤 1. 在玻碳电极上蘸一些去离子水，然后轻轻在细砂纸上打磨至光亮，最后再用去离子水冲洗。电化学工作站的电极也用砂纸轻轻打磨 2. 在电解池中加入铁氰、化钾／亚铁氰、化钾溶液至其1/2体积，将玻碳电极和甘汞电极插入电解池中并固定好，将两电极与电化学工作站连接好，绿色头的电极连接工作电极，白色头的电极连接参比电极。 3. 点开电化学工作站控制软件，点击 setup—技术（technique）—开路电压—时间，设置记录时间为5min，记录数据时间间隔为0.1s，开始进行数据记录，完成后以txt形式保存实验结果。 4. 将电解池放入45度水浴锅中，再重复一次步骤2和步骤3。 5. 将电解液换成铁氰、化钾／亚铁氰、化钾溶液（1:2）后重复一次步骤2至4 6. 实验结束后清洗电极和电解池，关好
先进介电储能材料精选文档
先进介电储能材料精选 文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
先进介电储能材料 通过陈国华老师的先进介电储能材料讲座使我知道了铁电材料的特殊电学性能意味着它广阔的应用前景，其电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点。储能用铁电介质材料是铁电材料中重要的一类，可以用作脉冲功率技术设备主体部分的高功率脉冲电源，为脉冲功率装置的负载提供电磁能量。脉冲功率技术的能量储存方式，主要有机械能储能、电容器储能、电化学储能三种。相对于其它储能器件，电容器储能因为具有储能密度高、能量释放速度快、可靠性高、安全性高、价格低廉以及较易实现轻量化和小型化等优点，因此成为现在高功率脉冲电源中应用最广的储能器件之一。 目前正在研发的储能用铁电介质材料主要有以下几种：基陶瓷。以BaTiO3陶瓷为代表的铁电体具有较高的介电常数，是制造铁电陶瓷电容器的基础材料，也是目前国内外应用最广泛的电子陶瓷材料之一。在介电层厚度确定的情况下，材料的介电常数越高，电容器的比电容越大，越易于实现器件的小型化。基陶瓷。SrTiO3基陶瓷具有高介电常数，低介电损耗和稳定的温度、频率和电压特性，是用于制备大容量陶瓷晶界层电容器的理想材料，具有吸收高达1000～3000 A/cm2这样的电涌的能力，所以该材料兼有大容量电容器和压敏电阻器的功能。在SrTiO3-m ( Bi2O3·nTiO2)系陶瓷基础上加入 BaTiO3等烧制而成的新型材料，具有介电常数大，介质
损耗小，击穿场强高的特点。陶瓷。TiO2陶瓷具有高达350 kV/cm 的耐击穿强度和较高介电常数(～110)，从而具有可观的储能密度，并支持几百次的充放电。 问题： 1.先进的储能材料有哪些？ 2.电容器储能与电池储能的优缺点各是什么？ 3.反铁电材料的储能原理是什么？ 韦振明（11） 2015年7月4日星期六
碳纳米管复合材料的制备_表征和电化学性能
第11卷 第2期2005年5月 电化学 ELECTROCHE M ISTRY V o.l 11 N o .2M ay 2005 文章编号:1006-3471(2005)02-0152-05 收稿日期:2004-11-02,*通讯联系人T el :(86-592)2185905,E -m a il :qfdong @x m u .edu .cn 973项目(2002CB211800),国家自然科学基金(20373058),福建省科技项目(2003H 044)资助 碳纳米管复合材料的制备、表征和电化学性能 董全峰* ,郑明森,黄镇财,金明钢,詹亚丁,林祖赓 (厦门大学化学系,厦大宝龙电池研究所,固体表面物理化学国家重点实验室,福建厦门361005) 摘要: 作为锂离子电池负极材料,碳纳米管和金属锡或其氧化物都曾引起过人们浓厚的兴趣,但由于其自 身的缺陷,这些材料均未能得到进一步的发展.本文以不同方法合成了碳纳米管和金属锡或其氧化物的复合材料,对其结构、形貌进行表征,并考察它的电化学性能. 关键词: 碳纳米管; 复合材料;制备;电化学性能中图分类号: O 646;T M 911 文献标识码: A 碳纳米管(CNT )是一种新型的碳材料[1,2] .碳纳米管在结构上与其它的碳材料有很大的不同,它不仅具有典型石墨层状结构(管壁),同时又具有无序碳的结构(内外表面的碳层及所附着的无序碳微粒),还具有与MC MB 类似的内腔结构,而且表面及边缘又存在结构缺陷,管与管之间为纳米间隙,管中还存在部分的H 原子掺杂.在制备上,碳纳米管可以通过控制一定的反应条件来调控它的几何结构参数,如管的管壁,外径、内径大小,及管的长度.基于其特殊的结构和高的导电率,吸引了众多研究者开展了大量研究工作,希望它能成为新一代锂离子电池“理想”的负极材料[3,4] . 由于碳纳米管的高比表面及其结构缺陷,锂不仅能嵌入管中的石墨层,还能嵌入它的孔隙及边缘缺陷中,使得它尽管具有高的嵌锂容量,但由于比表面积较大而表现出很大的不可逆容量.又因为在碳纳米管的结构中含有氢原子以及管壁层间和管 腔之内有间隙碳原子的存在[5] ,故其嵌锂容量出现较大的滞后现象.这些都限制了C NT 作为电极活性材料在实际中的应用,所见者只是被用作电极添加剂的报道.本文综合了碳纳米管和锡基材料的优点,规避其本身固有的缺陷,在碳纳米管的表面沉积/包覆锡或氧化锡形成CNT 复合材料,这样不仅可减少碳纳米管的比表面积,同时直接采用金属锡取代锡基氧化物,不存在氧化物的还原过程,从 而大大降低初次充电不可逆容量损失;通过控制反应条件在表面沉积过程中包覆纳米级的锡,使表面沉积/包覆锡的碳纳米管能在保持高容量的同时,也具有良好的循环寿命.此外,还提高了它的体积能量密度. 1 实 验 1.1 碳纳米管的制备 应用Sol -ge l 法制备N i -M g -O 催化剂,方法见文献[6],所用试剂N i (NO 3)2 6H 2O 、M g (NO 3)2 6H 2O 和柠檬酸均为分析纯(上海化学试剂有限公司).将制备好的催化剂称取一定量置于陶瓷舟内,放在反应器的恒温区内,于氢气氛下缓慢升温至700℃,还原一段时间后,降温到600℃稳定10m in ,然后以20m L /m i n 的流量导入C H 4气体,经反应一定时间后自然冷却至室温(冷却过程中继续通气体).用分析纯硝酸(上海化学试剂有限公司,AR 65%)处理反应后的样品,洗涤、烘干后即得到碳纳米管.反应装置是在一个水平放置的管式电炉内放一内径为5c m 的石英管(长140c m ),其恒温区为20c m ,电炉为SK -2-4-12型管式电阻炉(上海实验电炉厂),额定功率4k W ,额定温度1200℃,控温装置为A1-708P A 型程序控温仪(厦门宇光电子技术研究所),流量计为D08-4C /Z M 质量流量控制仪(北京建中机器厂).
第三章 材料电化学
第三章材料电化学 电化学的典型应用： 1、湿法精炼：包括金属的电解提取和电解提纯 2、表面处理：金属电镀、阳极氧化 3、材料抗腐蚀： 称为电化学防蚀技术 4、化学电源：一次电池、二次电池、燃料电池 电化学作为古老的研究领域，随着微观材料科学的发展，一些新观点、新技术正不断涌现，推动电化学进一步发展。 如：燃料电池 高性能、小型化一次电池、二次电池 光化学电池 电磁材料 化学现象转换成电信号的应用研究等。 3.1 电极电位和极化 一、界面电位计 导体——能导电的物质称为导电体，也称为～。 导体分两类： 第一类导体是电子导体，依靠自由电子的运动导电。 如金属、石墨和某些金属的化合物等。 第二类导体是离子导体，依靠离子定向运动导电。 如电解质溶液和熔融电解质等。 电极——侠义上是指与电解质溶液相接触的第一类导体， 广义上是指第一类导体与电解质溶液所构成的整体。 几个电化学上的概念： 电解池——利用电能以发生化学反应的装置称为～。 在电解池中，电能转变为化学能。 原电池——利用两极的电极反应以产生电流的装置称为～。 在原电池中，化学能转变为电能。
电极反应——在电极上进行的有电子得失的化学反应称为～。 电池反应——两个电极反应的总结果表示成电池反应。 阳极——发生氧化反应的电极为～。 阴极——发生还原反应的电极为～。 依电势（电位）的高低，将电极分为正极和负极： 电势（电位）高的为正极； 电势（电位）低的为负极； 电极电位——当金属与电解质溶液接触时，在金属、溶液界面将产生 电化学双电层，双电层的金属相与溶液相之间的电位差 称为界面电位差，又称为～。 用能斯特(Nernst)方程表示 ++ ?=?2ln 0M zF RT αφφ 或++ =2ln 0M zF RT E E α φ?—电位差 0φ?—标准电位差 z —电荷数 F —法拉第常数 E —电动势 +2M α—离子的活度，mol/kg 由能斯特方程确定的是平衡电位，即水溶液相和金属相之间呈电化学平衡。 从能斯特方程可知： 电解质溶液和金属间的电位差绝对值无法 测量，它随金属离子浓度的变化而变化。 二、电池结构与单极电位 对单极电池： 相间电位差 → 无法测量； 单极电池 ＋ 单极电池 → 电池： 电位差即电动势 → 可以测量 1、丹尼尔电池 铜－锌电池