电化学基础_双电层模型及其发展.docx

专家讲座电化学基础（Ⅲ）——双电层模型及其发展吴旭冉,贾志军,马洪运,廖斯达,王保国（清华大学化学工程系，北京100084）摘要：双电层模型描述了电极与溶液相界面之间电荷层的结构，是电极平衡和电极过程动力学在电化学过程中的具体表现，是现代电化学的基础理论之一。双电层理论对现代电化学的推动作用主要体现在电化学分析方法与双电层电容器等领域。通过回顾双电层理论提出的科学背景和发展历程，了解其发现问题、解决问题的思路，对于深化电化学工程领域的探索与创新具有重要意义。关键词：双电层理论；电化学；数学模型;电极过程动力学doi：10.3969/j.issn.2095-4239.2013.02.009中图分类号：N092文献标志码：A文章编号：2095-4239（2013）02-152-05Fundamentalsofelectrochemistry(Ⅲ)——ElectricaldoublelayermodelanditsdevelopmentWUXuran，JIAZhijun，MAHongyun，LIAOSida，WANGBaoguo(DepartmentofChemicalEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Electricaldoublelayermodeldescribesthestructureofthechargelayerbetweentheelectricalpoleandelectrolytesolutioninterface,itconstitutesoneofthefundamentaltheoriesforthemodernelectrochemistry.Electricaldoublelayerindicatestheequilibriumbehaviorofchargeandelectrodekineticsinanelectrochemicalprocess.Manytoday’stechnologiesarebasedonthistheory,includingelectrochemicalanalysis,doublelayercapacitorandsoon.Thisarticlereviewstheevolutionofelectricaldoublelayerconceptandrelatedmathematicalmodels,Wehopethereviewwouldbenefitthefuturedevelopmentofmodernelectrochemistry.Keywords：electricaldoublelayer；electrochemistry；mathematicalmodel；kineticsofelectrodeprocess电后发现黏土颗粒向正极移动，这种颗粒在电场中做定向移动的现象，Reuss称之为电泳。与此相反，若将黏土固定，水会向负极移动，该现象称为电渗[1]。1852年和1859年，两位德国物理化学家Wiedemann和Quincke分别发现将液体压过多孔陶瓷片时，在流动方向上会产生电势差，即“流动电势”。1878年，德国物理学家Dorn发现液体中的粒子发生沉降时，也会发生上述现象，称之为“沉1双电层理论的科学背景1.1电动现象的发现1807年，俄国科学家Reuss将两根玻璃管插入潮湿的黏土里，向玻璃管中加水，并放入电极，通收稿日期：2012-12-14。基金项目：化学工程联合国家重点实验室2011年自主课题立项支持，国家自然科学基金项目21276134）。第一作者：吴旭冉（1988—），男，硕士研究生，主要研究方向为液流电池储能技术，E-mail：wuxuran_email@163.com；通讯联系人：王保国，博士，教授，主要从事膜材料、储能科学与技术研究，E-mail：bgwang@。[2]降电势”。总之，当固相与液相之间发生相对运动时，就会产生电运动，这类现象统称为“电动现象”。第2期吴旭冉等：电化学基础（Ⅲ）——双电层模型及其发展1531.2对电动现象的认识电泳现象的发生，说明黏土颗粒是带电的。如果液体中没有受电场影响的电荷，那么电渗现象就不会出现。正是由于质点带有电荷，在沉降方向上才会产生电势差。与此相反，如果液体不带电，就无法解释流动电势[3]。上述事实表明：固、液两相表面带有电荷。带有电荷的固体表面必然吸引液体中电量相等、电性相反的电荷环绕在其周围，于是在固、液两相界面之间形成电量相等、电性相反的双电层。到了推动作用，但它有着无法克服的缺陷：①只考虑了反离子受到的静电力，而忽视了其自身的热运动；②不能解释带电颗粒的表面电势与颗粒运动时固液相之间电势