電池中電極過程一般包括溶液相中離子的傳輸,電極中離子的傳輸,電極中電子的傳導(dǎo),電荷轉(zhuǎn)移,雙電層或空問電荷層充放電,溶劑、電解質(zhì)中陰陽離子,氣相反應(yīng)物或產(chǎn)物的吸附脫附,新相成核長大,與電化學(xué)反應(yīng)耦合的化學(xué)反應(yīng),體積變化,吸放熱等過程。這些過程有些同時進(jìn)行,有些先后發(fā)生。電極過程的驅(qū)動力包括電化學(xué)勢、化學(xué)勢、濃度梯度、電場梯度、溫度梯度。
分清兩電極和三電極
電化學(xué)測量一般采用兩電極電池或三電極電池,較少使用四電極電池。
兩電極
兩電極由研究電極(W),亦稱之為工作電極和輔助電極(C),亦稱之為對電極組成。鋰電池的研究中多數(shù)為兩電極電池,兩電極電池測量的電壓是正極電勢與負(fù)極電勢之差,無法單獨(dú)獲得其中正極或負(fù)極的電勢及其電極過程動力學(xué)信息。
三電極
三電極電池包括,W和C分別是工作電極和對電極,R是參比電極。W和C之間通過極化電流,實(shí)現(xiàn)電極的極化。W和R之間通過極小的電流,用于測量工作電極的電勢。通過三電極電池,可以專門研究工作電極的電極過程動力學(xué)。
參比電極的特征
1、參比電極應(yīng)為可逆電極:
2、不易被極化,以保證電極電勢 比較標(biāo)準(zhǔn)和恒定:
3、具有較好的恢復(fù)特性,不發(fā)生 嚴(yán)重的滯后現(xiàn)象;
4、具有較好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性;
5、快速暫態(tài)測量時,要求參比電極具有較低的電阻,以減少干擾,提高測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性;
6、不同的溶液體系,采用相同的參比電極的,其測量結(jié)果可能存在差異,誤差主要來源于溶液體系間的相互污染和液接界電勢的差異。
常用的參比電極
水溶液體系參比電極:可逆氫電極、甘汞電極、汞一氧化汞電極、汞一硫酸亞汞電極等; 非水溶液體系參比電極:銀一氯化銀電極、Pt 電極以及金屬鋰、鈉等電極。其他:也可以用銀絲、鉑絲做準(zhǔn)參比電極,或者采用電化學(xué)反應(yīng)電位穩(wěn)定的溶解于電解液的二茂鐵氧化還原電對。關(guān)于準(zhǔn)參比電極細(xì)節(jié)可參考A.J.Bard編著的(Electrochemical Methods)。
電極過程
電極過程一般情況下包括下列基本過程或步驟:
1、電化學(xué)反應(yīng)過程:在電極/溶液界面上得到或 失去電子生成反應(yīng)產(chǎn)物的過程,即電荷轉(zhuǎn)移過程;
2、傳質(zhì)過程:反應(yīng)物向電極表面或內(nèi)部傳遞或反應(yīng)產(chǎn)物自電極內(nèi)部或表面向溶液中或向電極內(nèi)部的傳遞過程(擴(kuò)散和遷移);
3、電極界面處靠近電解液一 側(cè)的雙電層以及靠近電極內(nèi)一側(cè)的空間電荷層的充放電過程;
4、溶液中離子的電遷移或電