材料电化学试题

1．法拉第定律内容

答：（1）电解时，在电极上析出或溶解物质的重量，与通过电极的电量成正比

（2）当相同电量分别通过几个串联电解池时，各电极上析出或溶解的不同物质的化学克当量数相同。

2.PEC优点，主要应用。

答：优点：电极无需特别纯，价格便宜，采用光电解，可以将光能直接转化为光电化学反应产物，或转化为电能实现能量转换和存储。

应用：太阳能电池：将太阳能直接收集转化为电能加以存储利用。电解水：电解水产生氢气和氧气，作为燃料电池原料。降解有机污染物：处理一些含有有机物的废水。

3.电催化剂评价体系方法两种，简述。

答：（1）循环伏安法：如果某种催化剂能对电极反应起催化作用，在循环伏安图上表现为氧化峰电位的负移，或峰电位基本不变化，但氧化峰电流显著增加。

（2）恒电流和恒电势法：恒电流和恒电势测试方法能够考查催化剂的活性和稳定性，也能够评价点催化剂在某一恒定电流或恒定电压下工作所对应电极电势或产生电流的稳定性。

4.极化的原因，阴极阳极超电势的区别。

答：原因：有电流通过时，电极电位偏离平衡电位。

（1）电荷交换不平衡，导致电化学极化

（2）物质交换不平衡，导致浓差极化。

阳极上由于超电势使电极电势变大。阴极上由于超电势使电极电势变小。

5.稳态极化曲线测试方法。

答：定义：在制定时间范围内，电化学体系的参量（如电流、电位、浓度分布、电极表面状态等）变化甚微，基本上可以认为不变，称为电化学稳态。电极的双电层充电电流为零，由吸脱附引起的电流也为零，稳态电流完全是电极反应的结果。

（1）恒电流法：给定电流密度，测量电极电位，得到电极电位与电流密度的关系曲线。（2）恒电位法：给定电极电位，测量电流密度，得到电流密度与电极电位的关系曲线。

6.超级电容器，燃料电池，锂离子电池的区别和共同特征。

超级电容器与锂离子电池比较：

（1）超级电容器功率密度较高。锂离子电池能量密度较高。

双电层电容器：能量密度5 Wh/Kg. 功率密度为15 KW/Kg。锂离子电池：能量密度为180 Wh/Kg. 功率密度为2 KW/K

（2）超级电容器的电荷存储在活性物质表面，锂离子电池能量存储在活性物质内部。（3）超级电容器可以快速充放电，且过程可逆。锂离子电池快速充放电会受损。

（4）超级电容器在充放电过程不涉及体积变化，循环寿命高。可达数十万次。

锂离子电池循环寿命低。

（5）超级电容器可在额定电压内充电到任意电位，且可以完全放出。锂离子电池受自身化学反应限制，工作在较窄的电压范围。

（6）超级电容器的荷电状态与电压成简单函数。锂离子电池则需要包括复杂换算。

燃料电池与超级电容器比较：

（1）能量上，燃料电池是发电装置，高能量密度，低功率密度。超级电容器和锂离子电池是储能装置。

（2）结构上，燃料电池除了质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池外，无隔膜。但是超级电容器和锂离子电池都有隔膜。

（3）反应上，燃料电池的阴阳两极只是电荷转移的媒介，不参与化学反应。锂离子电池或者超级电容器的阴阳两极可以参加化学反应。

相同点：

（1）结构相同，三者都包含正负电极，电解液，燃料电池的质子交换膜燃料电池包含隔膜。

（2）功能上，都可以为外电路提供电能。

（3）反应上，除特殊的双电层超级电容器外，都在内部发生了氧化还原反应，电子在电子导体和离子导体中传递。

7.超级电容器与传统电容器相比，能量高，功率大的原因。

答：（1）原理方面。双电层电容器基于电荷和离子在电极表面的静电吸附。准电容是利用电极表面快速的氧化还原反应。比传统电容器能够容纳的电荷更多。

（2）材料方面。电极材料比表面积大。活性炭具有很高的表面积，且具有与离子尺寸非常匹配的孔隙度。

（3）电荷分布：电荷分离距离更小。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小8.原电池和电解池的区别和相同点

答：相同点：

（1）结构：都有正极负极电解液，都是由两类不同的导体组成

（2）能量。都是能量转换装置。

（3）反应，在电荷转移时不可避免地伴随着有物质变化，都发生氧化还原反应。

不同点：

（1）能量，原电池将化学能转化为电能，电解池将电能转化为化学能。

（2）电流方向不同。在原电池中电子由负极流向正极，在电解池中阳极失电子，阴极得电子。

（3）反应。原电池自发反应。电解池非自发反应。