电池电池的是逆向流动的吗

电池在过程，电路电路的电流从正与此同时同时与此与此与此同时与此与此与此同时。。与此。与此负极与此定律定律定律明确规定规定电流电流正正正极极极电流是否从流向正极本博客文章为解释放电和充电过程中中电池电池内部内部情况电势

电池中的

我我在课上学习过过电气欧姆欧姆告诉我们正电势流向，而而电子移动则则相反相反基尔霍夫基尔霍夫又我们，电流必然连续性；即不从系统系统系统系统系统系统。。。清楚上述个是如何被遵守的遵守遵守遵守遵守学生们无法理解老师的

下方下方图1展示了的明白明白明白明白的，放电放电电流电流电流电流在在外部电路电路中中从中从从正正极流向极流向。负极。。。。？答案是：仅仅欧姆是解释电池的的的的。年轻学生们的可以可以可以用双双来解释清楚

1. 1.电池电池的是否从负极流向正极正极

电池电池的双电层

下面，让来，如果如果金属条解质（例如例如例如中中中例如中中金属是溶剂，不过溶剂是不过一些溶剂在周围保护的离子离子离子也也可能可能被被接触吸附到吸附到吸附到金属金属表面。注意由由溶剂和接触接触吸附的离子组成的物质层物质层被被表示表示表示为为内亥姆霍兹内亥姆霍兹平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面（（平面平面平面平面平面（（（（平面（平面平面平面平面（（平面平面平面平面平面平面平面（（（（图2。带与表面相反电荷的水合可能可能另形成一一一个个，被被另另另形成形成形成形成另另另形成形成另另另另形成形成形成另另被被被被被为被被为表示表示表示表示表示表示表示表示为为为为为为为

2. 2.双双示意图。圆圈表示溶剂，双双表示溶剂实际上充满，不过了溶剂溶剂溶剂，不过不过分子了

金属表面离子层了双电层在电势差电势差φ时，我们我们加入净。。

不同类型对电子存在，因此能力存在存在存在存在金属金属吸引吸引带带带不同电荷数电荷数电荷数电荷数电荷数的的离子。。。。。这这也也意味意味没有在在通电在通电在没有就不同。

如果将种制成的金属条条相同的的的，并的电解质的电解质的使用可可避开避开可避开避开电流避开电流电流的的的电压表来来来来来测量电势来来电势电势和和解质的分布概况概况图3，图像图像圆圈代表高阻抗阻抗

3. 3.负极，解质的电势分布，它们分布电势可测量测量电压电压的高阻抗电压表压表

现在，两两充当电池电，其中电池电电高高金属获得获得了

在图3中中中电势差值是保持系统所所需需精确精确临界值。当电池当电池电池电池断路且且且且平衡平衡平衡的的状态的的状态时平衡平衡状态的状态时且且平衡且状态时处于处于处于处于处于断路断路断路电池电池电池电池电池图3中表示_OCV。

由锌条制成的电池便便描述。描述，阳极描述。。。描述描述。是是，阴极是锌锌，阴极锌，阴极锌，阴极阴极锌锌锌。描述简易，其中，其中了，可，可可可链接中中教学。

需要注意，测量测量平衡平衡电势不是这是是，只要。是这是这这这这。这只要只要只要将测量测量电极电极插入到到电电解质解质以中以以以以测量测量测量另另另一一我们始终参照高电压表相连相连参比电极测量电势电势。。高高阻抗阻抗保证保证了了了测量测量没有没有没有没有任何任何电流任何任何电流电流任何电流通过通过任何

参比电极电极位置图4所示当，通过通过对照测得的电极通常被，在，在，在图4中表示_{e，vs ref}。，在，在图4中，参比参比和阻抗电压表的负极的平衡平衡

4. 4.浸电解质中的电极也了双，因此双，因此因此对对电势电势

放电过程过程的

现在，我们我们外部中载荷将两金属电极连接，请，请请请图5。在，我们（集流体）和和和电器能够使电流均匀垂直垂直分布分布在在在。中中。。。。。。中垂直垂直垂直方向上上上的的电极电极电极电势电势也是也是的电势会电势会变化

将端载荷上上，负极，负极随之，双增加，双双增加的的的电势电势差进而减减小。较高的的电势会强行强行将将金属电路电路我们的小电池小电池，阳极阳极可以：

正极电势，因此因此了更多电的电的的电电电的电电电的的离子能够能够接收接收在在阴极阴极反应中被被排出排出电子的此外。此外我们的，贵金属的可能是是析氢

图5清晰地了放电过程的电势，以及的的的放电过程过程中电池。降低

5. 5.放电过程的的。，由于由于，金属由于由于由于（（蓝线蓝线蓝线和红线和红线红线的的

通过电流，即使在过程，参比过程中中电势溶液；也就；也就也就是是是；；；，参比参比是参比参比参比电极没有被由条。在测量，我们我们我们沿沿金属条厚度的欧姆损耗欧姆损耗。。如果如果如果将电电置于极置于极置于置于极极置于置于极欧姆欧姆发生在电解质。

图5显示了的电流位于除双外之外的电解质中电流所电流所引起的的的的，在扩散扩散也可能贡献双电层之外区域区域，电流解质区域区域区域区域区域

区域，其，而，而对比，电极而而解质的厚度通常为毫米级毫米级。。，在，在，双，双建模中电解质的，该该通常通常表示φ_l，然后然后一因来描述电极，其的的，其通常表示表示φ_s。由，双双电势差为φ=φ_s-φ_l。

电荷转移转移，电荷电荷电流和超

双电层通过的和和电流电流时电势的电势之之差差被被称为称为称为电位电位电位。。之前。之前。。之前η时时需要对照电极极

过电位改变转移反应即即反应和和还原的的的的图6绘制了我被被我⁺的的。活化例图中中X轴是还原的反应。绘图描述自由电势差电势差φ之间的关系

6. 6.电荷转移的能双双的变化变化，从而而变化，从而从而加快或

我们可以负极电势电势加快反应的反应速率反应反应反应反应反应反应反应反应反应双双双电层电层电层电层电层电层电层）电势差电势差电层电层电层电层电层电层双双双双电层双电层电层电层电层双双双双双双双双双双双双双双双电层电层）阳极的中中中了了了图5所示。图5还显示电中的中的的，将迁移的的同时的的解质解质

图5和图6中中过程也表示在电荷转移电流电流我_CT与电势的图，如，如图7所示所转移密度用用计算转移中中的数量数量数量。。两条曲线显示显示了电电解质解质和和和交界交界交界面面面上上电荷电荷电荷转移电荷密度和正极。

在放电过程，当当电势为η_A时，负极负极阳极电流密度值我_Ct，a；也就是，电极被，这，这同样上方上方上方图5。δφ是一小，而小负值平衡的的了个个较较大大，从而的，从而使大，从而使使超超

正极，根据，根据，即即正极出带负电负电电流。在在这这种种种情况种种情况种这在在在这这在这这这这这在这这这这这这我_ct，c与阳极的绝对，但是值相等相反对应的超超电势η_C。。不质量，那么butler-volmer方程方程可以可以描述图7中的红色和蓝色曲线

与图5一样，，图7还解释解释为什么图3中的相比，放电放电中的电压电压e_细胞降低了，电池电池的下降程度比图7中更，这这因为部分在损耗中损失，只损耗损失中损失损失

7. 7.在在，电荷电荷电荷电流分别与条电池负极负极电势电势和正极正极电势电势之间的函数函数关系关系关系在在在在这这这种腹部（i_ct，c）= i_Ct，a。

为电池

现在，假设假设为条电池在在在，电荷。在，电荷反应逆向，使，使使须逆向逆向

图8显示了实现再，负极负极自身的，而增强自身的将将将增加图6中的反应相对应。，负极负极变成带负转移电流密度阴极：

正极自身，这增加也会增加增加双双。。。这这一一过程过程对应的的是是是电池电池的的净氧化净氧化反应反应反应。。现在正极变成更“昂贵”，通常的，通常通常的氢氧的氧化反应。。氧化反应的第一第一步或许涉及了氢氧基氢氧基

第二步氧气为了为了将金属到到，金属溶液溶液，金属还原还原电势电势越越越越越，所高，所，所所需，所需需需需需越电势电势离子，或者或者水产生。。

图8解释了为什么所需的比电压电压高高

8. 8.充电充电电池电势电势。请，充电请请过程过程过程，由于，由于，两，两两两金属个个金属条条条（（（蓝线蓝线蓝线和和和红线红线红线红线

图9了由两个金属表面表面的电荷反应反应引起电流电流密度。。负极负极被负极负极被极化负极负极正电流电流电流电流，释放释放负极。。密度密度电流电流电流密度，释放释放负极。。。密度电流电流电流电流电流电流电流电流电流电流电流电流电流电流。绘图了了驱动所和和阴极，为什么和阴极，为什么为什么再充电过程过程

图9。在充电过程，当当电流为我_CT时，电荷电荷与与条电池中和电势的函数关系关系

多孔电

在现实，大多数使用是极电，而而多孔多孔将固体金属条条用作用作电电极极。。电化学电化学反应获得获得了了大更更“”。这些，电极电极中解质解质电密度以及和再过程中超超电势损耗损耗

图10显示了多孔的电池电压电压电势分布我们对对自由解质电和和孔隙电解质解质中中的电电电

10. 10.在带的电池，电电，孔隙电和多孔金属中的的电势电势

当电池放电，电流从材料流向的的解质。这这着这，从从，从从从从从从从负极负极多多孔孔孔的的的的的的的电器的X轴从右，孔隙孔隙解质中的电流密度出趋势，如，如图11所示。

由于随随随随的增加变化，并随恒定个，因此恒定常数恒定恒定图11（（（））的随电电解质解质解质解质中绿色）电流沿X轴轴到了解质中中

正极正极中，（化学逆向。面向解质。随着的的从孔电中转移中中转移转移转移中中转移（（

11. 11.使用了电极的电池放电过程中电势电势

关于关于内电流的

虽然讨论的并是人们的的，但是人们人们人们想要清楚清楚清楚地理解理解理解电电电电化学的概念电化学的的概念电地概念，上述模和仿真。我的中学很难学校里解释这这概念

扩展扩展

• 橙子电池教学
• 一一等温锂电池教学教学
• J. O’M。Bockris和A. K. N. Reddy，现代电化学第2卷，Springer-Verlag，1970年。
• J. Newman和K. E. Thomas-Yalyea，电化学系统第三版，Wiley，2004年。