我所理解的氢燃料电池（第三章：反应速率）
3-4 电化学反应速率
因为氢燃料电池电化学反应消耗的是氢气与氧气，所以电化学反应的速率可以用消耗氢气和氧气的速率代替，即氢气与氧气在单位时间内的消耗量
v = d(△m) /dt （3-5）
根据法拉第第一定律，即方程式（3-1），可知
v = ke dQ/dt = keI （3-6）
由方程式(3-6)可知，氢燃料电池的电化学反应速率可以用电流强度I来表示。
由前文所述，氢燃料电池的电化学反应发生在离子导体与电子导体之间的界面上，即催化剂薄层(电极)上，这个界面越大，消耗氢气与氧气就越多，所以电化学反应速率/电流强度与催化剂薄层(电极)的面积成正比(1-3-4所述)。
用电流强度I除以催化剂博层(电极)的面积S，可得
i = I/S （3-7）
其中，i为电流密度，即单位催化剂薄层(电极)面积上的电化学反应速率。
联立方程式(3-4)和(3-7)可得，
i = nFdN/Sdt = nFj （3-8）
其中，nF是转移的电荷(Cmol-1)；j是单位面积的反应物通量(mols-1cm-2))。
综上所述，测量氢燃料电池的电化学反应速率可以通过测量外部电流来实现。
由初中物理知识可知，电流的产生是由于电子的移动，即有电子从阳极(负极)移动到阴极(正极)，电子要实现移动，需要阳极产生电子，同时阴极也能消耗电子，由方程式(1-1)和(1-2)可知(第一章)，氢燃料电池的阴阳两极的反应是双向的，即电极上的反应有正向和逆向之分，只有正向反应与逆向反应之间存在速率之差的时候，才会有电子的释放与消耗，也才会有电流产生。
H2⇋ 2H+ + 2e- (1-1)
O2 + 2H+ + 2e- ⇋ H2O (1-2)
所以测得的电流实际上是正向与逆向的电流之差，即净电流。注意，这里的正向反应与逆向反应指的是在同一个电极上的双向反应。
Ox + ne- ⇋ Rd （3-9）
其中，Ox ：为氧化物，即H+/O2 ，Rd：为还原物，即H2/ H2O。
对于正反应（还原)，反应通量为
jf = kfCO （3-10）
其中，kf是正反应(还原)速率系数(s-1)；CO是氧化物的表面浓度(molcm-2)。
对于逆反应(氧化)，反应通量为
jb = kbCR （3-11）
其中，kb是逆反应(氧化)速率系数(s-1)；CR是还原物的表面浓度(molcm-2)。
在非平衡条件下的阳极/阴极上，阳极/阴极上的氧化反应和还原反应以不相同的速率发生，有电子释放/消耗，即有电流产生，此电流就是净电流，即释放和消耗的电子之差。这里的电子释放与消耗都指的是同一个电极，不要把释放和消耗的电子理解成为阳极的释放与阴极的消耗，于是这里就产生了一个问题，阳极和阴极各有自己的净电流，那么阳极上的净电流与阴极的净电流是否是一样呢？见后文。
联立方程式(3-8)、(3-10)与(3-11)可得净电流为
i = nF(kfCO - kbCR) （3-12）
在平衡条件下的阳极/阴极上，阳极/阴极上的氧化反应和还原反应以相同的速率发生，没有电子释放/消耗，即没有电流产生，净电流为零。此时，正反应与逆反应在平衡状态下进行的速率称为交换电流密度。
i0 = nFkfCO = nFkbCR （3-13）
这里要稍微说一下交换电流密度，交换电流密度是发生在同一个电极上，所谓的“交换”指的是同一个电极上的电子释放与消耗，可以理解为左手倒右手，右手倒左手；所谓的“电流密度”并不是真正意思上的电流密度，因为是平衡状态，没有电流产生，所以这里的“电流密度”主要用来体现电化学反应的速率。总体来讲，我的理解是交换电流密度主要体现的是电极本身的活性度，交换电流密度越大，电极的活性越高，反应速率越快。
在氢燃料电池中，氢电极上的氧化反应在动力学上更有利，较小的活化能垒；氧电极上的还原反应涉及更复杂的步骤(后文讲述)和较高的活化能垒，所以阳极(氢电极)的交换电流密度要比阴极(氧电极)的交换电流密度大很多，甚至大几个数量级。
3-5 反应速率系数和传递系数
先来简单认识一下过渡态理论，简单来说就是电化学反应过程中，反应物并不是直接生成反应物，而是先生成一个具有更高能量的中间产物---活化络合物，这个状态就是过渡状态，其中达到这个状态需要一定的活化能，经过过度状态之后，再生成反应物。
对于过渡态理论的理解可以回顾一下---图1-2(第一章)，通过过渡态理论可以得出，电化学反应的反应速率系数k是关于吉布斯自由能的函数：
k = kB T/hexp(△G/RT) (3-14)
对于化学反应过程中会伴随着物质和能量的变化，所以就会产生物质和能量的传递过程，传递时物质和能量并不是完全的传递，在计算时就会用到系数，这个系数就是传递系数，用α表示。
在氢燃料电池中电极电势引起的能量变化nFE分配在正逆反应之间，方程式(3-12)中的正向(还原)和逆向(氧化)反应速率系数分别是
kf = k0,f exp(αR FE/RT) (3-15)
kb = k0,bexp(αO FE/RT)) (3-16)
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