怎么更好的去理解燃料电池的电极极化

有些时候对某些定义只停留在“大概知道有那么回事，但说不明白”的阶段。真正学明白，不是自己明白，而是能说明白，这才是真的理解。  

是的，我对极化就是这样的状态。

记得上学那会，老师常说，“难题都是由简单题组成的，难就难在把简单题串联起来”，这里面其实牵连的是逻辑问题。那么，就用逻辑来逐步理解极化是怎么事。  

先从字面意思去理解，把“极化”拆开去理解。  

“极”，我首先想到两个词，“物极必反”和“否极泰来”，这里的极就是顶端、极端、末端，到达这里就是到头了，就得有所转变了。

“化”，就更好理解了，这里指的是变化。

总结起来，极化就是末端发生了变化。电极极化就可以理解为电在末端发生了变化。  

一牵扯到变化，就涉及到变化前后的对比、为什么变化、怎么变化的等问题。

如果需要更好的理解电极极化，需要整明白几个问题：

1.电极极化的定义是什么？

2.电极变化前是什么样的？

3.电极为什么会变化？  

4.电极是怎么变化的？  

5.电极变化后是什么样的？  

6.电极变化受哪些因素影响？  

电极极化的定义：    

电极在有电流通过时所表现的电极电势与可逆电极电势产生偏差的现象称为电极极化。  

电极极化的特征是：阴极电位比平衡电位更负（阴极极化），阳极电位比平衡电位更正（阳极极化）。  

燃料电池的电极我在上一篇记录已经说过了，就是燃料电池的催化层，发生化学反应的地方。  

电极变化前是什么样的：    

从定义可以知道，电极极化前是没有通电流的，也就是燃料电池还没开始干活。  

另一个特征就是电极变化前所拥有的电势是可逆电势，那问题就来了，电极电势是怎么来的？为什么这个电势是可逆的？  

牛顿曾告诉我们，一个物体在没有受到外力作用时，永远保持静止或匀速直线运动。同样的道理，电极在没通电流的时候，是没有外部因素改变它的状态。其实所谓的没通电流，就是电极产生的电子无法传送，就好比任督二脉没有被打通。  

阳极：H2 ⇌2H⁺+ 2e⁻  

阴极：O2 + 4e⁻⇌2O²⁻  

这就好比老顽童周伯通的左右互博之术，自己和自己玩，没有输赢。  

因为是个平衡状态，这里的可逆电势，也称为平衡电势。  

这个电势是由能斯特方程决定的。（这里就不展开讲了，处于知道有这么个东西的阶段）  

电极为什么会变化：    

力是改变物体运动状态的原因。  

通电流就是电极极化的原因。  

本质的原因还是因为阳极产生的电子传送到了阴极，这样就打破了平衡状态，任督二脉被打通了，发生了不可逆的反应。  

电极是怎么变化的：    

从电极极化的特征可知，电极极化的时候，阴极电位比平衡电位更负，阳极电位比平衡电位更正。  

怎么去理解这个特征。  

因为电子携带的是负电荷，电子又是从阳极移动到阴极，所以阴极更负，阳极更正。  

但问题又来了。电子的移动是参与反应的，从总反应来看，是没有电子显示的。既然电子都被消耗了，怎么可以说阴极更负，阳极更正呢？    

总反应式：2H2 + O2 → 2H2O  

因为，  

不但阳极产生的电子需要通过外部电路从阳极移动到负极，阳极产生的氢离子也要通过质子交换膜移动到阴极参与反应，也就说要从不同的路径到达同样的目的地，这里就产生了时间差，电子和氢离子不会同时到达阴极参与反应。  

电子的移动速度要比氢离子的移动速度快，这样电子就会在阴极积累，所以阴极就更负，这个极化就叫做浓差极化。  

除了移动速度的对比，电子的移动速度也快于电极上的化学反应速度，同样也会造成电子在阴极积累，所以阴极就更负，这个极化就叫做电化学极化。  

另外，电化学中将由于电解质和电极材料电阻导致的电压降称为欧姆极化，也称为电阻极化。  

其实，它进一步增大电子与氢离子的移动速度差，同时电阻也吃掉部分电压，造成电压下降。  

电极变化后是什么样的：    

从能斯特方程可知，阴极平衡电势为1.23V，阳极平衡电势为0V，所以燃料电池的理论最高电压是1.23V。  

但是燃料电池在工作中存在各种极化，阴极更负，阳极更正，阴极极化电势为0.8V，阳极极化电势为0.2V，所以燃料电池正常工作电压是0.6V。  

电极极化造成燃料电池效率降低。  

电极变化受哪些因素影响：    

电极本身、电流密度、温度、工作压力、其他因素。

这次的学习记录就写到这，难免会有差错，仅供参考。