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《第12節(jié) 暫態(tài)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)技術(shù) 蘇州大學(xué) 徐艷輝》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、蘇州大學(xué)物理學(xué)院（能源學(xué)院）2011級(jí)新能源材料與器件本科班《電極過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》講義第十二節(jié)暫態(tài)擴(kuò)散過程徐艷輝博士蘇州大學(xué)化學(xué)電源研究所蘇州大學(xué)物理學(xué)院（能源學(xué)院）2011級(jí)新能源材料與器件本科班《電極過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》講義暫態(tài)技術(shù)的重要性?最初的電化學(xué)測(cè)試技術(shù)主要基于穩(wěn)態(tài)測(cè)試?暫態(tài)測(cè)試更加準(zhǔn)確，現(xiàn)代電子儀器的發(fā)展已經(jīng)允許運(yùn)用暫態(tài)技術(shù)?現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)幾乎都屬于暫態(tài)測(cè)試技術(shù)?很多電極過程，其中各個(gè)分步的時(shí)間常數(shù)不同，可以利用暫態(tài)技術(shù)分別研究各個(gè)分步的動(dòng)力學(xué)特征蘇州大學(xué)化學(xué)電源研究所徐艷輝博士蘇州大學(xué)物理學(xué)院（能源學(xué)院）2011級(jí)新能源材料與器件本科班《電極過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》講義穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)
2、?電極表面通過外電流后，電極體系的參數(shù)不會(huì)立即達(dá)到穩(wěn)定值，從開始極化到電極過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)需要一定的時(shí)間，這種隨時(shí)間變化的極化稱為暫態(tài)極化，相應(yīng)的電極過程稱為暫態(tài)電極過程，經(jīng)過一段時(shí)間后極化趨于穩(wěn)定，此時(shí)稱為穩(wěn)態(tài)極化，相應(yīng)的電極過程為穩(wěn)態(tài)電極過程。?x?0?t?“穩(wěn)態(tài)”指體系中各種參數(shù)不再隨時(shí)間變化的狀態(tài)，即?x?0?t代表體系的某個(gè)參數(shù)這個(gè)穩(wěn)態(tài)指的是“動(dòng)態(tài)的穩(wěn)態(tài)”蘇州大學(xué)化學(xué)電源研究所徐艷輝博士蘇州大學(xué)物理學(xué)院（能源學(xué)院）2011級(jí)新能源材料與器件本科班《電極過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》講義引起暫態(tài)的可能原因1）液相傳質(zhì)緩慢，濃度分布不能迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)2）電極/溶液界面構(gòu)造類似于電容器，電極電位改
3、變必然伴隨著界面電容充放電過程3）電極表面狀態(tài)是電極電位的函數(shù)。***絕對(duì)的穩(wěn)態(tài)是不存在的。擴(kuò)散方程求解，離不開Laplace變換，這里只講原理、思路，具體方程求解過程不講蘇州大學(xué)化學(xué)電源研究所徐艷輝博士蘇州大學(xué)物理學(xué)院（能源學(xué)院）2011級(jí)新能源材料與器件本科班《電極過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》講義平面電極上暫態(tài)擴(kuò)散基本方程?暫態(tài)擴(kuò)散過程中，擴(kuò)散粒子濃度是距離與時(shí)間的函數(shù)?假設(shè)與擴(kuò)散層相比，平面電極尺度足夠大x?與電極表面垂直方向?yàn)閤軸，那么暫態(tài)擴(kuò)散電流為??c??x,t?2I??t?nfD?c?x,t??c?x,t???x?一維暫態(tài)擴(kuò)散方程為?D??x?02?t?x蘇州大學(xué)化學(xué)電源研究所徐
4、艷輝博士蘇州大學(xué)物理學(xué)院（能源學(xué)院）2011級(jí)新能源材料與器件本科班《電極過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》講義??2???cx,t?cx,t?DFick第二定律?t?x2幾個(gè)假設(shè)：1）擴(kuò)散系數(shù)D為常數(shù)c?x,0??c02）反應(yīng)前濃度到處相等，稱為初始濃度3）溶液本體濃度不變c??,t??c0又稱半無限邊界條件還有一個(gè)邊界條件取決于外部控制參數(shù)，即極化條件。相應(yīng)的就有下述暫態(tài)測(cè)試1）恒電流極化：電流階躍2）恒電位極化：電位階躍3）電流脈沖4）電位脈沖5）動(dòng)電位掃描………蘇州大學(xué)化學(xué)電源研究所徐艷輝博士蘇州大學(xué)物理學(xué)院（能源學(xué)院）2011級(jí)新能源材料與器件本科班《電極過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》講義電流階躍暫態(tài)技
5、術(shù)?在t=0時(shí)刻是研究電極的電流從0階躍t0t1tt3到I，并一直保持到實(shí)驗(yàn)結(jié)束，這種20t4極化方法稱為電流階躍法。?施加電流I后界面濃度分步的變化，在x=0位置的斜率是恒等不變的?濃度變化方程為??c?0.5???常數(shù)I?2t0.5?x2?x?x2???xc?c0?0?exp????erfc?????x?00.50.5????nF??D??4Dt?D?4Dt???0.5I?2t0.5?x2?x?x2??00????c?c??exp??erfc?0.50.5????nF???D?4Dt?D?4Dt???蘇州大學(xué)化學(xué)電源研究所徐艷輝博士蘇州大學(xué)物理學(xué)院（能源學(xué)院）2011級(jí)新能源材
6、料與器件本科班《電極過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》講義電流階躍中的表面濃度變化?X=0處斜率不變，恒電??02I00.5流極化決定的。電極表c0,t?c?tOO面濃度為nF?D?表面濃度從開始極化到2I??000.5表面濃度為0所需的時(shí)cR0,t?cR?t間稱為過渡時(shí)間（或者nF?D指表面濃度從最初的022值達(dá)到本體濃度所需的nF?D??02??c時(shí)間，如果存在這種情4I20形）0.5?于是0??t??cO??0,t?cO?1???????????蘇州大學(xué)化學(xué)電源研究所徐艷輝博士蘇州大學(xué)物理學(xué)院（能源學(xué)院）2011級(jí)新能源材料與器件本科班《電極過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》講義電流階躍中的電極電位變化??O+
7、ne?R，假設(shè)產(chǎn)物R不溶，只考慮O的擴(kuò)散，假設(shè)電化學(xué)平衡未受到破壞，即Nernst仍然滿足，假設(shè)可以忽略活度系數(shù)的影響，那么電極電位?隨時(shí)間的變化為0.50.5??‘00RT??t?t???lnc?ln平O0.5tnF?上述分析是針對(duì)一種可溶性反應(yīng)粒子的，但是該類處理方法具有普遍性，因?yàn)榧词闺姌O反應(yīng)中存在幾種可溶性反應(yīng)粒子，包括產(chǎn)物，但是對(duì)每種離子濃度分布公式的推導(dǎo)過程都是完全獨(dú)立的；此外，大多數(shù)情況下暫態(tài)擴(kuò)散不會(huì)持續(xù)很久，暫態(tài)擴(kuò)散過程對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散層厚度與電極尺度比很小
