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电极的工作原理

DQZHAN技术讯：电极的工作原理
电极的概念是M.法拉第进行系统电解实验后在1834年提出的，原意只指构成电池的插在电液中的金属棒。电池的组成部分，它由一连串相互接触的物相构成，其一端是电子导体──金属（包括石墨）或半导体，另一端必须是离子导体──电解质（这里专指电解质溶液，简称“电解液”或“电液”）。结构*简单的电极应包括两个物相和一个相界面，即〔金属|电液〕。上述定义的电极也称“半电池”。
命名
命名方式很复杂，有些根据电极的金属部分命名，如铜电极、铂电极等；有些根据电极活性的氧化还原对中的特征物质命名，如甘汞电极、氢电极；有些根据电极金属部分的形状命名，如滴汞电极、转盘电极；有些根据电极的功能命名。这些名称如参比电极、钠离子选择电极（见离子选择性电极）等，都是约定俗成的。
表示符号
通常在电池上会标有“+”的符号，那是正极，在另一端会标有“-”符号那是负极，同时在蓄电池上只有正极有“+”，而负极没有。颜色也可以表示正负极：红色代表正极，黑色代表负极。
表达式
书刊上表达电极的方式很不一致，这里采用的方式是：写下各串联的物相，每一相界面用一个隔离线表示。如铜电极写成Cu|CuSO4（1Μ，水溶液）或Cu|Cu；甘汞电极写成Hg|电极电极
Hg2Cl2|Cl；在水溶液中的钝化的铁电极可写成Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液。
电极方块图把电极的各个相用分隔的方块表达，便于标明各相界面上的反应，有助于理解电极上发生的实际过程（图1）。
2来源原电池中的电极
电极是原电池的基本组成部分。利用自发氧化还原反应产生电流的装置叫原电池，一个原电池必须由两个基本部分组成：两个电极和电解质溶液。给出电子发生氧化反应的电极，如丹尼尔电池（右图上部所示）中的Zn极，由于其电势较低，被称为负极（negative electrode）；而接受电子发生还原反应的一极，如Cu极，由于其电势较高，而称作正极（positive electrode）。
根据组成电极物质的状态，可以把电极分为三类。**类电极是金属电极和气体电极，如丹尼尔电池中锌电极和铜电极，还有标准氢电极；**类电极是金属-金属难溶盐电极及金属-金属难溶氧化物电极，如Ag-AgCl电极。第三类电极是氧化还原电极（任一电极皆为氧化还原电极，这里所说的氧化还原电极是专指参加电极反应的物质均在同一个溶液中），如Fe3+，Fe2+溶液组成的电极。
电解槽中的电极
电极是电解过程中，电流进入或离开电解液的导体。电解过程就是在电极相界面上发生氧化还原反应。
电极分为阴极和阳极，和电源正极相连的是阳极，阳极上发生氧化反应；和电源负极相连的是阴极，阴极上发生还原反应。
电解材料的种类很多，常用的是碳电极，此外钛等金属也可以做电极。在电镀中，含有镀层金属的金属往往作为阳极，待镀制品作为阴极。
3种类可逆电极
任何金属与电解液接触都会产生电势（位），这是电极的*主要的特征性质。电极电极
如果电极界面上存在着单独一种氧化还原对的快速电子交换，即存在着交换电流很大的（见迁越超电势）单一电极反应，这种电极能很快建立电化学平衡，称为可逆电极。可逆电极的电势能较长时期维持稳定，抗干扰能力较大，并能**测量。它是可逆电池的必要组成部分，是电位分析法测量装置的核心部件，有重要的实用意义。可逆电极有以下类型：
① 金属电极，如铜电极（图2），其特点是氧化还原对可以迁越相界面。
② 氧化还原电极，例如Pt|Fe，Fe电极（图3）、Pt|Mn,MnO嬄，H电极等。它的氧化还原对不能迁越电极相界面，电极的铂Pt只表示电极金属是惰性的，它只是提供电子交换的场所，实际应用时可采用任何惰性金属。电极电极
③ 气体电极，是氧化还原对的一个组��为气体时的氧化还原电极（图 4），例如氢电极 (Pt|H2|H）、氯电极（Pt|Cl2|Cl）等。为了加速达成平衡，金属铂上需要镀上铂黑以增加表面积并起电催化作用。
电极
④ 难溶盐电极，氧化还原对的一个组分是难溶盐或其他固相。因此它包含三个物相、两个界面（图1），在每一相界面上存在着单一的快速迁越过程，如甘汞电极（Hg|Hg2Cl2|Cl）、氧化汞电极（Hg|HgO|OH）。在甘汞电极中，甘汞与电解液的溶解平衡完全受电液中浓度较高的Cl所控制，Cl在Hg2Cl2|电液界面上的交换速率也很快，故它的电极电势非常稳定。它是*常用的参比电极，有些书刊称这类电极为**类电极。电极电极
膜电极　利用隔膜对于单种离子的透过性或膜表面与电解液的离子交换平衡所建立的电势来测量电液中特定离子活度的装置（图5），例如玻璃电极、离子选择性电极。
化学修饰电极　利用吸附、涂敷、聚合、化学反应等方法把活性基团、催化物质等附着在电极金属（包括石墨、半导体）表面上，使之具有较强的特征功能。这是70年代以来电极制备方法的新发展。
单一电极和多重电极　如果电极的金属│电液界面上只存在一种起主导作用的电极反应，这就是单一电极；如果存在的不只是一种电极反应，就是多重电极。例如锌电极(Zn|ZnSO4水溶液）上可能存在两种电极反应：
Zn─→Zn+2e ⑴
2H+2e─→H2 ⑵
电极电极
但由于金属锌上的氢超电势很高，反应⑵速率太小，反应⑴是主导的，上述锌电极被认为是单一电极，是典型的可逆电极。当不太纯的锌浸入硫酸中时，反应⑴和⑵的速率都较快，所以【Zn|H2SO4】电极是二重电极，它的静态电势可根据反应⑴和⑵的极化曲线和极化规律来判断。金属腐蚀体系常常是二重电极。多重电极不可能是可逆的
实际应用时，被研究的电极称为工作电极W，在电化学分析法中也称指示电极，它的电势可利用与参比电极R组成的二电极测量电池测量。当工作电极需要极化时，则要另用一辅助电极（或称对应电极，用C表示），组成三电极测量电池系统（图6），以提供可调节的电流。此时为了减少电液中欧姆电位降（IR）对工作电极电势测量的误差，参比电极与电解液连接处应采用毛细管，使之尽量靠近工作电极，称为鲁金毛细管。
火花机电极
火花机电极，也称为铜公，也是火花机加工中不可缺少的。
电极电极
火花机加工时，电极和工件分别连接脉冲电源的两极。在电极与工件上施加的脉冲电压产生火花放电。放电的瞬间温度可高达一万摄氏度以上，高温使得工件表面局部气化或熔化。
紧接着下一个脉冲电压又在电极与工件间产生火花放电，重复上述过程。
通过无数次的重复脉冲放电，*后便加工出与电极形状相对应的形状来。因此只要改变电极的形状就能加工出各种复杂的型面。
火花机加工中，电极的作用是输送加工脉冲，并以电极自身*小的损耗去蚀除工件。常用的电极材料有紫铜、石墨、铜钨合金、银钨合金、钢、黄铜、铸铁等。
铈钨电极
是在钨基中添加稀土氧化铈经过粉末冶金和压延磨抛工序制作而成的钨电极产品，是中国*早生产的无放射性钨电极产品，该产品的特点是在低电流条件下有着优良的起弧性能，维弧电流较小。因此，它常用于管道，不锈钢制品和细小精密部件的焊接。在低电流直流条件下或电极直径在2.0mm以下，铈钨电极是钍钨电极的优选替代品。
镧钨电极
是欧洲国家在八十年代推出的企望替代钍钨产品的改良品种，一经推出，以其优良的焊接性能在国际焊接界倍受关注并非常流行，尤其受到欧洲焊接学院派的追捧，因为这个原因，镧钨电极的出口量仅次于钍钨，而在国内市场认知度并不高。其特点是导电性能*接近2%钍钨电极，耐用电流高而烧损率*小。
钍钨电极
是*早使用的稀土钨电极，也是迄今为止焊接性能*好的钨电**种，因此，在全球范围内该品种钨电极市场占有率*高，但因为钍钨电极在粉末冶金和压延磨抛过程中会发生放射性污染，因此欧美国家限制生产该品种电极，但因为其优良的焊接性能，其使用并没有受到限制。
钇钨电极
在焊接时，弧束细长，压缩程度大，在中、大电流时其熔深*大。主要应用于**工业和航空航天工业。
锆钨电极
是为了改善纯钨电极在高负荷焊接条件下容易自身熔化污染工件的弊端而研制的电**种，该电极*大的特点是在高负载电流的情况下，这种电极的端部能保持成圆球状而减少渗钨现象，并具有良好的抗腐蚀性。
纯钨电极
是氩弧焊接*早使用的电极，但在直流焊接条件下，该品种电极容易出现不起弧或维护不稳定的情况，加入稀土氧化物能极大的改善这种情况，因此，纯钨电极仅作为交流条件下的焊接电极或作为电阻焊电极。

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