[科普中国]-交换电流密度

当电极反应处于平衡时，电极反应的两个方向进行的速度相等，此时的反应速度叫做交换反应速度。相应的按两个反应方向进行的阳极反应和阴极反应的电流密度绝对值叫做交换电流密度，用io表示。

概念交换电流密度是对同一个电极反应而言的。交换电流密度是一个电极反应自身的性质，是一个热力学的概念，与外界条件是无关的，不管是否处于平衡态。当一个电极反应处于平衡态时，阴极反应和阳极反应的电流密度相等，对应的电流密度是该电极的交换电流密度。交换电流密度可以用来描述一个电极反应得失电子的能力，及可以反映一个电极反应进行的难易程度。

其大小除受温度影响外，还与电极反应的性质密切相关，并与电极材料和反应物质的浓度有关。

电极极化程度（过电位）的内因是交换电流密度的大小，交换电流密度大，则对于一个电极反应而言所需的推动力（外电流密度）小，反之，交换电流密度小，则对于一个电极反应而言所需的推动力（外电流密度）大。

根据Tafel曲线计算交换电流密度。

交换电流交换电流就是当电极处于平衡状态（即不被极化）时，发生再同一电极上的还原反应的绝对电流密度或氧化反应的绝对电流密度。它与电极反应的可逆性有关，它是当电极平衡时单向电极反应速率的一种标志。

交换电流很大，则表明在宏观上“静止不变”的电极，但它上面的氧化反应和还原反应却都还在以很高的速率进行。一般说来，在各种电极上氢析出反应的交换电流很不相同。但是交换电流越大，说明电极越容易被极化。

交换电流是描述电极反应可逆程度的基本动力学参数。它反映了体系所固有的动力学特征。因此在电化学中研究电极过程动力学时，人们总是力图测出电极反应的交换电流。

举例下表列出了某些电极反应在室温下的交换电流密度。

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相关研究采用线性扫描伏安法研究了各种石墨(碳)电极的动力学性能，结果表明,随着电极嵌锂程度的增加，其交换电流密度(i0)增大。热解炭的交换电流密度较小，轴定向结构的石墨化碳纤维GCF的反应活性有所提高，改性天然石墨SMG表现出最大的交换电流密度1。

交换电流密度主要取决于碳材料表面碳原子含量及其电化学活性，表面碳原子含量较高、活性增强时，碳材料的交换电流密度较高。

利用阴极极化曲线测试法 ，测试分析了不同碳材料和不同方法制备的铂碳复合电极的交换电流密度。实验结果表明 ：铂碳复合电极制备过程中碳材料的选取对其制备的复合电极交换电流密度有着非常重要的影响。在相同铂含量条件下，用聚亚苯基树脂碳制备的铂碳复合电极交换电流密度约为用乙炔黑制备的铂碳复合电极交换电流密度的 4 .6倍左右2。

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学