当电池有电流通过,使电极偏离了平衡电极电位的现象,称为电极极化。
在电极单位面积上通过的电流越大,偏离平衡电极电位越严重。通电前和通电后电极电位的差叫作过电位。
阳极电流产生的电极极化叫作阳极极化;阴极电流产生的电极极化叫阴极极化。
平衡电极电位是一个没有电流流过时,静止的、相对理想化的状态时的一个电极电位。
电池极化就是由于电流的流动,而打破静止状态后,实际电极电位偏离了平衡电极电位的现象。 简单来讲,极化就是指所测得的电池电压偏离实际电压的现象,测得的电压会随静置时间加长而与实际电压接近;极化包含欧姆极化、电化学极化以及浓差极化。 电子流动的速度肯定大于电极反应的速度,所以极化不可避免。
如果电池只是1C以内放电,其极化可以忽略;如果高倍率放电,放电时间则会急剧下降,电池本身发热严重,甚至于发胀(放电结束冷却后可能会恢复原状),影响电池使用寿命。
消除极化是不可能的,只能通过改变工艺参数设计,来减轻其极化程度,例如适当提高极片导电剂含量、提高电解液中溶质含量、降低极片的涂敷量、极片压实适中等等一系列手段。 一般来说,产生极化现象有3个方面的原因。 1)欧姆极化 充电过程中,正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力,称为欧姆内阻。为了克服这个内阻,外加电压就必须额外施加一定的电压,以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境,出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大,欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。 2)浓度极化 电流流过蓄电池时,为维持正常的反应,最理想的情况是电极表面的反应物能及时得到补充,生成物能及时离去。实际上,生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度,从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说,从电极表面到中部溶液,电解液浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。 3)电化学极化 这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度,落后于电极上电子运动的速度造成的。例如:电池的负极放电前,电极表面带有负电荷,其附近溶液带有正电荷,两者处于平衡状态。放电时,立即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少,而金属溶解的氧化反应进行缓慢Me-e→Me+,不能及时补充电极表面电子的减少,电极表面带电状态发生变化。这种表面负电荷减少的状态促进金属中电子离开电极,金属离子Me+转入溶液,加速Me-e→Me+反应进行。总有一个时刻,达到新的动态平衡。但与放电前相比,电极表面所带负电荷数目减少了,与此对应的电极电势变正。也就是电化学极化电压变高,从而严重阻碍了正常的充电电流。同理,电池正极放电时,电极表面所带正电荷数目减少,电极电势变负。 这3种极化现象都是随着充电电流的增大而严重。
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