DQZHAN技術(shù)訊：電極的工作原理
電極的概念是M.法拉第進(jìn)行系統(tǒng)電解實(shí)驗(yàn)后在1834年提出的，原意只指構(gòu)成電池的插在電液中的金屬棒。電池的組成部分，它由一連串相互接觸的物相構(gòu)成，其一端是電子導(dǎo)體──金屬（包括石墨）或半導(dǎo)體，另一端必須是離子導(dǎo)體──電解質(zhì)（這里專(zhuān)指電解質(zhì)溶液，簡(jiǎn)稱(chēng)“電解液”或“電液”）。結(jié)構(gòu)*簡(jiǎn)單的電極應(yīng)包括兩個(gè)物相和一個(gè)相界面，即〔金屬|(zhì)電液〕。上述定義的電極也稱(chēng)“半電池”。
命名
命名方式很復(fù)雜，有些根據(jù)電極的金屬部分命名，如銅電極、鉑電極等；有些根據(jù)電極活性的氧化還原對(duì)中的特征物質(zhì)命名，如甘汞電極、氫電極；有些根據(jù)電極金屬部分的形狀命名，如滴汞電極、轉(zhuǎn)盤(pán)電極；有些根據(jù)電極的功能命名。這些名稱(chēng)如參比電極、鈉離子選擇電極（見(jiàn)離子選擇性電極）等，都是約定俗成的。
表示符號(hào)
通常在電池上會(huì)標(biāo)有“+”的符號(hào)，那是正極，在另一端會(huì)標(biāo)有“-”符號(hào)那是負(fù)極，同時(shí)在蓄電池上只有正極有“+”，而負(fù)極沒(méi)有。顏色也可以表示正負(fù)極：紅色代表正極，黑色代表負(fù)極。
表達(dá)式
書(shū)刊上表達(dá)電極的方式很不一致，這里采用的方式是：寫(xiě)下各串聯(lián)的物相，每一相界面用一個(gè)隔離線表示。如銅電極寫(xiě)成Cu|CuSO4（1Μ，水溶液）或Cu|Cu；甘汞電極寫(xiě)成Hg|電極電極
Hg2Cl2|Cl；在水溶液中的鈍化的鐵電極可寫(xiě)成Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液。
電極方塊圖把電極的各個(gè)相用分隔的方塊表達(dá)，便于標(biāo)明各相界面上的反應(yīng)，有助于理解電極上發(fā)生的實(shí)際過(guò)程（圖1）。
2來(lái)源原電池中的電極
電極是原電池的基本組成部分。利用自發(fā)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流的裝置叫原電池，一個(gè)原電池必須由兩個(gè)基本部分組成：兩個(gè)電極和電解質(zhì)溶液。給出電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，如丹尼爾電池（右圖上部所示）中的Zn極，由于其電勢(shì)較低，被稱(chēng)為負(fù)極（negative electrode）；而接受電子發(fā)生還原反應(yīng)的一極，如Cu極，由于其電勢(shì)較高，而稱(chēng)作正極（positive electrode）。
根據(jù)組成電極物質(zhì)的狀態(tài)，可以把電極分為三類(lèi)。**類(lèi)電極是金屬電極和氣體電極，如丹尼爾電池中鋅電極和銅電極，還有標(biāo)準(zhǔn)氫電極；**類(lèi)電極是金屬-金屬難溶鹽電極及金屬-金屬難溶氧化物電極，如Ag-AgCl電極。第三類(lèi)電極是氧化還原電極（任一電極皆為氧化還原電極，這里所說(shuō)的氧化還原電極是專(zhuān)指參加電極反應(yīng)的物質(zhì)均在同一個(gè)溶液中），如Fe3+，F(xiàn)e2+溶液組成的電極。
電解槽中的電極
電極是電解過(guò)程中，電流進(jìn)入或離開(kāi)電解液的導(dǎo)體。電解過(guò)程就是在電極相界面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
電極分為陰極和陽(yáng)極，和電源正極相連的是陽(yáng)極，陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)；和電源負(fù)極相連的是陰極，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)。
電解材料的種類(lèi)很多，常用的是碳電極，此外鈦等金屬也可以做電極。在電鍍中，含有鍍層金屬的金屬往往作為陽(yáng)極，待鍍制品作為陰極。
3種類(lèi)可逆電極
任何金屬與電解液接觸都會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)（位），這是電極的*主要的特征性質(zhì)。電極電極
如果電極界面上存在著單獨(dú)一種氧化還原對(duì)的快速電子交換，即存在著交換電流很大的（見(jiàn)遷越超電勢(shì)）單一電極反應(yīng)，這種電極能很快建立電化學(xué)平衡，稱(chēng)為可逆電極。可逆電極的電勢(shì)能較長(zhǎng)時(shí)期維持穩(wěn)定，抗干擾能力較大，并能**測(cè)量。它是可逆電池的必要組成部分，是電位分析法測(cè)量裝置的核心部件，有重要的實(shí)用意義。可逆電極有以下類(lèi)型：
① 金屬電極，如銅電極（圖2），其特點(diǎn)是氧化還原對(duì)可以遷越相界面。
② 氧化還原電極，例如Pt|Fe，F(xiàn)e電極（圖3）、Pt|Mn,MnO嬄，H電極等。它的氧化還原對(duì)不能遷越電極相界面，電極的鉑Pt只表示電極金屬是惰性的，它只是提供電子交換的場(chǎng)所，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可采用任何惰性金屬。電極電極
③ 氣體電極，是氧化還原對(duì)的一個(gè)組分為氣體時(shí)的氧化還原電極（圖 4），例如氫電極 (Pt|H2|H）、氯電極（Pt|Cl2|Cl）等。為了加速達(dá)成平衡，金屬鉑上需要鍍上鉑黑以增加表面積并起電催化作用。
電極
④ 難溶鹽電極，氧化還原對(duì)的一個(gè)組分是難溶鹽或其他固相。因此它包含三個(gè)物相、兩個(gè)界面（圖1），在每一相界面上存在著單一的快速遷越過(guò)程，如甘汞電極（Hg|Hg2Cl2|Cl）、氧化汞電極（Hg|HgO|OH）。在甘汞電極中，甘汞與電解液的溶解平衡完全受電液中濃度較高的Cl所控制，Cl在Hg2Cl2|電液界面上的交換速率也很快，故它的電極電勢(shì)非常穩(wěn)定。它是*常用的參比電極，有些書(shū)刊稱(chēng)這類(lèi)電極為**類(lèi)電極。電極電極
膜電極　利用隔膜對(duì)于單種離子的透過(guò)性或膜表面與電解液的離子交換平衡所建立的電勢(shì)來(lái)測(cè)量電液中特定離子活度的裝置（圖5），例如玻璃電極、離子選擇性電極。
化學(xué)修飾電極　利用吸附、涂敷、聚合、化學(xué)反應(yīng)等方法把活性基團(tuán)、催化物質(zhì)等附著在電極金屬（包括石墨、半導(dǎo)體）表面上，使之具有較強(qiáng)的特征功能。這是70年代以來(lái)電極制備方法的新發(fā)展。
單一電極和多重電極　如果電極的金屬│電液界面上只存在一種起主導(dǎo)作用的電極反應(yīng)，這就是單一電極；如果存在的不只是一種電極反應(yīng)，就是多重電極。例如鋅電極(Zn|ZnSO4水溶液）上可能存在兩種電極反應(yīng)：
Zn─→Zn+2e ⑴
2H+2e─→H2 ⑵
電極電極
但由于金屬鋅上的氫超電勢(shì)很高，反應(yīng)⑵速率太小，反應(yīng)⑴是主導(dǎo)的，上述鋅電極被認(rèn)為是單一電極，是典型的可逆電極。當(dāng)不太純的鋅浸入硫酸中時(shí)，反應(yīng)⑴和⑵的速率都較快，所以【Zn|H2SO4】電極是二重電極，它的靜態(tài)電勢(shì)可根據(jù)反應(yīng)⑴和⑵的極化曲線和極化規(guī)律來(lái)判斷。金屬腐蝕體系常常是二重電極。多重電極不可能是可逆的
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，被研究的電極稱(chēng)為工作電極W，在電化學(xué)分析法中也稱(chēng)指示電極，它的電勢(shì)可利用與參比電極R組成的二電極測(cè)量電池測(cè)量。當(dāng)工作電極需要極化時(shí)，則要另用一輔助電極（或稱(chēng)對(duì)應(yīng)電極，用C表示），組成三電極測(cè)量電池系統(tǒng)（圖6），以提供可調(diào)節(jié)的電流。此時(shí)為了減少電液中歐姆電位降（IR）對(duì)工作電極電勢(shì)測(cè)量的誤差，參比電極與電解液連接處應(yīng)采用毛細(xì)管，使之盡量靠近工作電極，稱(chēng)為魯金毛細(xì)管。
火花機(jī)電極
火花機(jī)電極，也稱(chēng)為銅公，也是火花機(jī)加工中不可缺少的。
電極電極
火花機(jī)加工時(shí)，電極和工件分別連接脈沖電源的兩極。在電極與工件上施加的脈沖電壓產(chǎn)生火花放電。放電的瞬間溫度可高達(dá)一萬(wàn)攝氏度以上，高溫使得工件表面局部氣化或熔化。
緊接著下一個(gè)脈沖電壓又在電極與工件間產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過(guò)程。
通過(guò)無(wú)數(shù)次的重復(fù)脈沖放電，*后便加工出與電極形狀相對(duì)應(yīng)的形狀來(lái)。因此只要改變電極的形狀就能加工出各種復(fù)雜的型面。
火花機(jī)加工中，電極的作用是輸送加工脈沖，并以電極自身*小的損耗去蝕除工件。常用的電極材料有紫銅、石墨、銅鎢合金、銀鎢合金、鋼、黃銅、鑄鐵等。
鈰鎢電極
是在鎢基中添加稀土氧化鈰經(jīng)過(guò)粉末冶金和壓延磨拋工序制作而成的鎢電極產(chǎn)品，是中國(guó)*早生產(chǎn)的無(wú)放射性鎢電極產(chǎn)品，該產(chǎn)品的特點(diǎn)是在低電流條件下有著優(yōu)良的起弧性能，維弧電流較小。因此，它常用于管道，不銹鋼制品和細(xì)小精密部件的焊接。在低電流直流條件下或電極直徑在2.0mm以下，鈰鎢電極是釷鎢電極的優(yōu)選替代品。
鑭鎢電極
是歐洲國(guó)家在八十年代推出的企望替代釷鎢產(chǎn)品的改良品種，一經(jīng)推出，以其優(yōu)良的焊接性能在國(guó)際焊接界倍受關(guān)注并非常流行，尤其受到歐洲焊接學(xué)院派的追捧，因?yàn)檫@個(gè)原因，鑭鎢電極的出口量?jī)H次于釷鎢，而在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)認(rèn)知度并不高。其特點(diǎn)是導(dǎo)電性能*接近2%釷鎢電極，耐用電流高而燒損率*小。
釷鎢電極
是*早使用的稀土鎢電極，也是迄今為止焊接性能*好的鎢電**種，因此，在全球范圍內(nèi)該品種鎢電極市場(chǎng)占有率*高，但因?yàn)殁Q鎢電極在粉末冶金和壓延磨拋過(guò)程中會(huì)發(fā)生放射性污染，因此歐美國(guó)家限制生產(chǎn)該品種電極，但因?yàn)槠鋬?yōu)良的焊接性能，其使用并沒(méi)有受到限制。
釔鎢電極
在焊接時(shí)，弧束細(xì)長(zhǎng)，壓縮程度大，在中、大電流時(shí)其熔深*大。主要應(yīng)用于**工業(yè)和航空航天工業(yè)。
鋯鎢電極
是為了改善純鎢電極在高負(fù)荷焊接條件下容易自身熔化污染工件的弊端而研制的電**種，該電極*大的特點(diǎn)是在高負(fù)載電流的情況下，這種電極的端部能保持成圓球狀而減少滲鎢現(xiàn)象，并具有良好的抗腐蝕性。
純鎢電極
是氬弧焊接*早使用的電極，但在直流焊接條件下，該品種電極容易出現(xiàn)不起弧或維護(hù)不穩(wěn)定的情況，加入稀土氧化物能極大的改善這種情況，因此，純鎢電極僅作為交流條件下的焊接電極或作為電阻焊電極。

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電極的工作原理