在讨论电枢反应之前,我们需要先熟悉一下化学电池的结构,化学电池的核心部分是电解质溶液,分别放置在两个电极之间,这两个电极固定在容器的两端,可以将它们称为正极和负极。在电池工作期间,电子会由负极流向正极,并在流过电解质溶液时与溶液中的离子发生反应,导致氧化还原反应的发生,从而产生电能。
在化学电池中,电极反应发生在电极和电解质之间的边界上。电极反应分为两种类型:氧化和还原。
当电子从负极流向正极时,负极电极上的金属原子或离子会失去一些电子,变成更高电量的离子或原子,这个过程称为氧化反应。例如,在铅酸电池中,负极的铅电极会氧化为铅酸盐。
在电池中,正极接受电子,从而在正极处发生还原反应。还原反应相当于反向的氧化反应,它将离子还原为更低电量的形式。例如,在上面提到的铅酸电池中,正极的过氧化铅会还原为含氧化铅的物质。
电极反应不是完美的,它们产生的化学反应会导致一些问题。特别是,电极反应会减少电流产生器的电内阻,因此会导致电池输出功率的降低。另外,氧化过程会导致电极的腐蚀,从而降低电极的寿命。
为了降低电极反应的消耗和延长电池的寿命,制造商通常使用各种方法来限制电极反应。首先,他们可以使用与电解质溶液不同的材料制造电极。例如,在锌碱电池中,锌极由锌和氢氧化钾溶液制成。由于氢氧化钾溶液不能氧化锌,它们可以抑制锌极的腐蚀。
其次,他们可以在电解质溶液中加入添加剂,这些添加剂可以提供额外的物质,在发生氧化反应时捕捉电子。例如,在锌碱电池中,使用了一种名为铁氰化钾的添加剂,它会在锌极上和氢氧化钾共同工作以抵消氧化反应效果。