《能源材料第二讲》ppt课件

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1、第二讲电化学基础南昌大学材料学院一、电化学体系的电传导能导电的物体称为导体。电阻或电导是表示导体导电能力的物理量。根据导电机理的不同，导体分为两类。有些导体依靠其中的电子传输电流，可称之为电子导体或第一类导体。另一类导体是靠离子的移动来实现其导电，它们被称为离子导体或第二类导体。1.第一类导体凡依靠电子流动传导电流的导体称为第一类导体，比如金属、碳、金属间化合物等。电流通过第一类导体时没有化学反应的伴随，但是由于电阻的存在将有热的产生。对于金属来说，导体的电导率的数量级为106S/m～108S/m，其电导率随着温度的上升而降低。电导率：(1)定义或解释电阻率的倒数为电导率。σ=1/ρ(2)单

2、位:在国际单位制中,电导率的单位是西门子/米。(3)说明电导率的物理意义是表示物质导电的性能。电导率越大则导电性能越强,反之越小。半导体也属第一类导体，其电导率一般在10-7S/m～105S/m之间。半导体的导电机理是通过空穴或电子导电。化学电源中某些金属氧化物的电阻率金属氧化物电阻率(Ω﹡ｍ）金属氧化物电阻率(Ω﹡ｍ）片状PbO22×10-6β-PbO24×10-5紧密PbO274×10-6Ag2O约108微孔PbO295×10-8Pb3O49.6×109α-PbO21×10-5CuO(0.5～1)×1062.第二类导体凡依靠离子的移动来传导电流的导体，称为第二类导体。这类导体包括所有的电解

3、质溶液和熔融态电解质以及部分固体电解质。电解质溶液电解质不一定能导电，而只有在溶于水或熔融状态是电离出自由移动的离子后才能导电。能导电的不一定是电解质，判断某化合物是否是电解质，不能只凭它在水溶液中导电与否，还需要进一步考察其晶体结构和化学键的性质等因素。离子晶体，比如NaCl熔化后就成为熔融电解质，也属于离子导体。其中由于含有可以自由移动的Na+和Cl-,具有离子导电性。高温燃料电池的应用。固体电解质是指在电场作用下由于离子的移动而具有导电性的固态物质。各种固体电解质的导电能力往往相差悬殊。二、电化学的研究对象及其发展1.电化学的研究对象长期以来，人们多是把电化学看作是研究电能与化学能相互

4、转换（电解过程与在原电池中发生的过程）的科学。但是，也有一些电化学的研究对象并不能满足上述要求。电化学系统是由电极和电解质两种物质组成。当发生电化学反应的时候，电流将连续地通过由电极和电解质组成的电化学系统。定义：电化学是研究两类导体（电子导体、离子导体）形成的带电介面现象及其上所发生的变化的科学。电化学的研究对象应当包括三部分：电子导体、离子导体、两类导体的介面及其上所发生的一切变化。2.电化学的发展古老的电池－巴格达电池:1932年由德国的考古学家WilhelmKönig在巴格达东方的KhujutRabuah遗迹中发现了Parthian时代（公元前250～226）称为巴格达电池的发掘物。这

5、个电池是将铜质圆筒埋在壶中，在它的中心插入铁棒，灌入醋或葡萄酒即可得到电流。伏打电池（voltacell)：1799年，电池的雏形，具有两个电极和电解质溶液。两种不同的金属，中间隔有导电的电解质溶液，便可以产生电流，此类装置都称为伏打电池。伏打AlessandroVlota(1745～1827年)1870年比利时工程师格拉姆发明了发明电机后，为建立规模较大的电化学工厂创造了有利条件，促进了电化学工业的发展。在物理学方面的工作，于1826年发现了欧姆（Ohm）定律欧姆发现了电阻中电流与电压的正比关系，即著名的欧姆定律；他还证明了导体的电阻与其长度成正比，与其横截面积和传导系数成反比；以及在稳定电

6、流的情况下，电荷不仅在导体的表面上，而且在导体的整个截面上运动。格奥尔格·西蒙·欧姆GeorgSimonOhm（1789年—1854年）从化学方面（即电流与化学反应的关系），在1833年发现了法拉第（Faraday）定律。随后，电化学理论又获得了进一步的发展。(1)电流通过溶液时，在电极上发生变化的物质的量与所通过的电量成正比；(2)当相同的电量通过各种不同的电解质溶液时，在各个电极上发生变化的物质的量与它们的化学当量成正比。法拉第Faraday（1791-1867)1887年阿伦尼乌斯（Arrhenius）提出了电离学说；1887年提出电解质的电离学说，认为电解质在水溶液中部分电离成正、负自

7、由离子，溶液性质是所有离子性质的加和函数。提出电解质活度系数的概念。解释了电解质反常的渗透现象。这一学说不能解释强电解质及浓溶液的一些性质阿伦尼乌斯Arrhenius(1859～1927)1889年能斯特（Nernst）建立电极电位的理论，提出表示电极电位与电极反应各组分浓度间关系的能斯特公式表达电极平衡电势E与温度T和参与电极反应物质活度ai关系的公式。能斯特Nernst（1864-1941年)