电化学电池和电极

电化学电池通过电解质和外部电路耦合两个电极反应，要么从自发反应中产生电能，要么通过施加的电力驱动非自发反应。

Definition

一种由两个电极与一个或多个电解质接触组成的装置，其中氧化发生在阳极，还原发生在阴极，实现化学能和电能的相互转化。

Scope

本主题涵盖电化学电池的结构：原电池和电解电池操作的区别、阳极和阴极的作用、电解质和盐桥的功能，以及标准电池符号。它包括电极类型的分类（金属/金属离子、气体、氧化还原和膜电极）以及为电池反应分配符号和方向的约定。

Core questions

• 原电池（自发）与电解电池（驱动）有何区别？
• 阳极和阴极如何独立于极性进行定义？
• 电解质和盐桥在完成电路同时保持电中性方面扮演什么角色？
• 标准电池符号如何编码电池反应的组分和方向？

Key theories

原电池与电解操作

在原电池中，自发氧化还原反应（负ΔG）通过外部负载驱动电流，而在电解电池中，外部电源强制进行非自发反应；相同的硬件可以在两种模式下运行，例如可充电电池。

阳极/阴极约定

氧化始终发生在阳极，还原始终发生在阴极，因此每个电极的物理极性取决于电池是输出能量还是消耗能量。

Clinical relevance

电池结构是所有电池、燃料电池、电解槽和传感器的基础。理解电极作用和电解质功能对于能量存储设备设计、工业电合成和分析电化学仪器的构建至关重要。

History

伏打于1800年发明的伏打电堆展示了第一个持续工作的原电池；丹尼尔于1836年通过双隔室设计提高了稳定性；法拉第在19世纪30年代引入了电极、阳极、阴极和电解质的术语，以及电解的定量定律。

Key figures

• Alessandro Volta
• Michael Faraday
• John Frederic Daniell

Seminal works

• bard2001
• atkins2018
• hamann2007

Frequently asked questions

为什么阳极在电池和充电器之间会从负极变为正极？

阳极是由氧化定义的，而不是由极性定义的；在放电电池中，发生氧化的电极是负极端，但在充电过程中，外部驱动的发生氧化的电极变为正极端。

盐桥有什么作用？

它以离子方式连接两个半电池，允许离子迁移以平衡电极反应产生的电荷，从而使电池保持电中性，同时防止两种溶液的大量混合。