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第11节 扩散层中电场对稳态扩散的影响 苏州大学 徐艳辉.pdf
第十一节扩散层中电场对稳态
扩散的影响
徐艳辉博士
苏州大学化学电源研究所
第十一节扩散层中电场对稳态扩散的影响 苏州大学化学电源研究所 徐艳辉
• 假设一个阴极金属电沉积的过程
Mn++neM
• 景象:正离子受到双重作用,电场与 浓度场方向(从高到低)
浓度场,二者作用方向相同,电场促
进了正离子还原反应时的液相传质速 电场作用
度。(如果液相中存在大量支持电解
质,那么扩散层中的电场影响可以被 M+n
忽略,此时只考虑扩散传质;如果不 扩散作用
存在支持电解质,那么扩散层中的电
场作用就不能被忽略,此时必须考虑 电场方向(从高到低)
电场作用对液相传质的影响。
• 右侧图像表明,由于电场的作用,对 电场力
于阳离子还原过程,稳态电流要比存 扩散力 M-n
在支持电解质时要大。
• 阴离子受到浓度场与电场作用力相
反,稳态下相互抵消
第十一节扩散层中电场对稳态扩散的影响 苏州大学化学电源研究所 徐艳辉
定量关系推导:电场促进传质
阳离子满足 I D n dcM n E u0 n c n
nF M dx x M M
D n dcA n E u0 nc n 0
阴离子满足 A dx x A A
+ -
假设n =n =n RT 0
c c c D u
电中性条件 M n A n nF
上面数个方程消去E ,得到
x dc
I 2nFD
M n dx
方程说明由于扩散层中电场的存在使稳态电流增大一倍
第十一节扩散层中电场对稳态扩散的影响 苏州大学化学电源研究所 徐艳辉
第十一节扩散层中电场对稳态扩散的影响 苏州大学化学电源研究所 徐艳辉
定量关系推导:电场抑制传质
• 对于阳离子阳极氧化、阴离子阴极还原,扩散层电场抑
制传质,使稳态电流减小;
• 对于阳离子阴极还原、阴离子阳极氧化过程,扩散层电
场促进传质,使稳态电流增大一倍
• 上述仅仅分析了反应粒子,如果产物粒子是溶于液相的
带电粒子,还要考虑电场对产物粒子的作用
• 练习题:推导出阳离子阳极氧化过程中扩散层电场对稳
态电流的影响的定量关系,假设产物不溶。
• 练习题:推导出金属阳极氧化溶解过程中扩散层电场对
稳态电流影响的定量关系,产物完全可溶。
第十一节扩散层中电场对稳态扩散的影响 苏州大学化学电源研究所 徐艳辉
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