第7章电化学极化

以提高电池性能。
改进电解液配方及添加剂使用
优化电解液配方
通过调整电解液的成分和浓度， 提高离子传输速度和电极反应速 率，减小电化学极化。
使用添加剂
在电解液中加入适量添加剂，如 表面活性剂、离子液体等，以改 善电解液的物理化学性质，降低 电化学极化。
开发新型电解液
研发具有高离子电导率、低粘度 、宽电化学窗口等优点的新型电 解液，以减小电化学极化。
第7章电化学极化
汇报人：XX
目录
• 电化学极化基本概念 • 电化学极化对电池性能影响 • 电化学极化测量方法与技术 • 减小电化学极化措施与策略 • 实例分析：锂离子电池中电化学极化
问题探讨 • 总结与展望
01
电化学极化基本概念
电化学极化定义
电化学极化
电极上有电流通过时，电极电位偏离 其平衡电位的现象。
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分类
根据电极过程的不同环节，极化可分为电化学极化、浓差极化和电阻极化等。其中，电 化学极化是由于电荷转移步骤的迟缓而产生的；浓差极化是由于液相传质步骤的迟缓而 产生的；电阻极化则是由于电子或离子在电极材料或电解质溶液中的迁移受到阻碍而产
生的。
02
电化学极化对电池性能 影响
电池内阻增加
极化现象导致电池内阻增加
平衡电位
在无外电流通过时，金属电极在电解 质溶液中的电位。
电极过程与极化现象
电极过程
电极反应由一系列连续步骤组成，主要包括液相传质、前置 转化、电荷转移、后置转化和生成新相步骤等。
极化现象
当有电流通过电极时，电极电位将偏离其平衡电位，此现象 称作极化。
极化产生原因及分类
产生原因
电极过程的各个步骤均有一定的阻力，使电极反应速度受到限制，导致电极电位的偏离 。
04
减小电化学极化措施与 策略
优化电极材料选择及结构设计
选择高导电性材料
01
采用如碳纳米管、石墨烯等具有高导电性的材料，以降低电极
内阻，提高电子传输效率。
优化电极结构设计
02
通过设计多孔结构、增加电极比表面积等方式，提高电极反应
活性，减小电化学极化。
采用复合电极
03
将不同材料进行复合，形成具有优异电化学性能的复合电极，
优点
简单易行，适用于大多数电化学体系。
缺点
难以消除欧姆电位降和浓差极化的影响，测量精度相 对较低。
交流阻抗法
1 2
原理
通过在电极上施加交流信号，测量电极的阻抗响 应，从而得到电化学极化信息。
优点
能够消除欧姆电位降和浓差极化的影响，测量精 度高。
3
缺点
需要使用专门的阻抗测量设备，操作相对复杂。
其他测量方法比较
浓差极化
由于正负极活性物质浓度差异引起的极化现象 。
电化学极化
电极反应速率慢于电子传输速率时产生的极化 。
欧姆极化
电池内部电阻引起的电压降。
针对不同类型锂离子电池减小电化学极化方法
优化电极材料
提高电极材料的导电性和锂离子扩散系数。
改进电解质
降低电解质粘度，提高锂离子迁移数。
优化电池结构
减小电极间距，降低电池内阻。
控制充放电条件
采用合适的充放电倍率和温度，避免过充过 放。
06
总结与展望
本章内容回顾与总结
电化学极化的基本概念
电化学极化是指电极反应过程中由于电荷转移步 骤的迟缓而产生的极化现象。它是影响电极过程 的重要因素之一，决定了电极反应的速率和效率 。
电化学极化的影响因素
电化学极化受多种因素影响，包括电极材料、电 解质性质、温度、电流密度等。这些因素通过影 响电荷转移步骤的速率和效率，进而影响电化学 极化的程度。
02
电池效率降低的表 现
电池效率降低表现为电池充电时 间延长，放电时间缩短，能量转 换效率降低。
03
提高电池效率的措 施
通过优化电极材料、改进电池结 构等方式，可以降低电化学极化 现象，提高电池效率。
电池寿命缩短
极化现象对电池寿命的影 响
电化学极化会加速电池老化，导致电池容量 衰减和性能下降，从而缩短电池寿命。
电化学极化的产生原因
电化学极化的产生与电极反应的电荷转移步骤密 切相关。当电极反应涉及电子转移时，由于电子 转移步骤的迟缓，导致电极电位偏离平衡电位， 从而产生电化学极化。
电化学极化的研究方法
研究电化学极化的方法主要包括循环伏安法、交 流阻抗法、计时电位法等。这些方法能够定量或 半定量地描述电化学极化的程度，为优化电极过 程提供重要依据。
电池寿命缩短的表现
电池寿命缩短表现为电池容量减少、内阻增加、自 放电率增大等现象。
延长电池寿命的措施
通过控制充电电流和电压、避免过充和过放 、降低电池工作温度等方式，可以减缓电化 学极化现象，延长电池寿命。
03
电化学极化测量方法与 技术
恒流充放电法
原理
通过在电极上施加恒定的电流进行充放电，测量电极 电位随时间的变化，从而得到电化学极化信息。
电化学极化使得电极反应速率降低，电子传递受阻，从而导致电池 内阻增加。
温度对电池内阻的影响
随着温度的升高，电化学极化现象加剧，电池内阻进一步增加。
电池内阻增加对电池性能的影响
电池内阻增加会导致电池输出电压降低，放电时间缩短，影响电池 的使用性能。
电池效率降低
01
极化现象导致电池 效率降低
电化学极化使得电极反应不充分 ，造成活性物质的浪费和能量的 损失，从而导致电池效率降低。
循环伏安法
通过控制电极电势以不同的速率随时间以三角波形一次或多次反复扫描，记录 电流-电势曲线。根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界 吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。
电化学噪声法
通过测量电极系统在无外加电流的情况下电势或电流的自发波动来分析电极过 程的动力学参数、反应机理以及电极表面的微观结构等信息。该方法具有非破 坏性、原位测量和无需对体系施加额外扰动等优点。
未来发展趋势预测
• 新型电极材料的研究与应用：随着纳米技术和材料科学的不断发展，新型电极 材料如纳米材料、复合材料等将不断涌现。这些材料具有优异的电化学性能和 稳定性，有望降低电化学极化，提高电极反应的效率。
• 高效电解质的设计与合成：电解质是影响电化学极化的重要因素之一。未来， 通过设计和合成具有优异离子传输性能和稳定性的高效电解质，有望降低电化 学极化，提高电极过程的效率。
控制充放电条件及温度管理
01
控制充放电电流密度
通过调整充放电电流密度，避免过大电流引起的电化学极化现象。
02
优化充放电截止电压
合理设置充放电截止电压，防止过充或过放对电池造成损害，减小电化
学极化。
03
温度管理
对电池进行温度控制，避免过高或过低的温度对电池性能造成不良影响
，降低电化学极化。例如，可以采用热管理系统对电池进行加热或冷却
• 电化学极化理论的深入研究：随着计算机模拟和理论计算方法的不断发展，未 来有望对电化学极化理论进行更深入的研究。通过建立更精确的模型和算法， 有望更准确地描述和预测电化学极化的行为，为优化电极过程提供更有力的理 论支持。
• 电化学极化在新能源领域的应用：随着新能源技术的不断发展，如锂离子电池 、燃料电池等，电化学极化在这些领域的应用将越来越广泛。通过降低电化学 极化，提高电极反应的效率，有望为新能源技术的发展提供重要支持。
，以保持其在适宜的工作温度范围内运行。
05
实例分析：锂离子电池 中电化学极化问题探讨
பைடு நூலகம்
锂离子电池工作原理简介
锂离子电池基本构造
正极、负极、电解质和隔膜。
工作原理
锂离子在正负极之间往返嵌入和脱出，实现电能与化学能之间的 转换。
充放电过程
充电时，锂离子从正极脱出，嵌入负极；放电时则相反。
锂离子电池中常见电化学极化现象