[科普中国]-反应过电压

反应过电压是电化学专业术语，是指在强烈搅拌已消除电解质离子浓度差的条件下，测得的电极电位与理论分解电压的差值。也可以理解为在反应中除去导线，电解质溶液的电压损耗，还存在着与电极反应有关的附加电压，这部分电压,称之为过电压。由此看来，实际分解电压应等于理论分解电压、欧姆电压降和过电压之和1。

概述反应过电压是指能量在转化过程中会不可避免地发生一些不可逆损失，该电压损失的作用是在化学反应中驱使电子到达或者离开电极。在反应中除去导线，电解质溶液的电压损耗，还存在着与电极反应有关的附加电压，这部分电压，称之为过电压。由此看来，实际分解电压应等于理论分解电压、欧姆电压降和过电压之和1。

性能分析1905年，Tafel报道了在各种各样的电化学反应中电极表面的过电压的相似模式。该模式揭示了电极表面的过电压与电流的近似对数比例关系：

式中：为反应过电压；i为电流；A为比例常数；为交换电流密度，即电压刚好离开零点时的电流密度。燃料电池内部的化学反应是可逆反应：

当电流密度为零时，并不是燃料电池内没有发生反应，而是正、逆反应趋于平衡，此时的电流密度就称为交换电流密度。交换电流密度高，说明在燃料电池电极上发生的反应剧烈，反应过电压小。研究发现，活化主要发生在阴极侧，阳极产生的电压很小2。

计算模型反应过电压在阴极和阳极的电极上都有发生。阴极发生的是氧气的还原反应，即氧气与从阳极传递过来的氢离子反应生成水，而阳极的反应速度控制步骤是氢气的吸附过程。总的反应过电压就等于阴极和阳极的活化之和2。

电池的活化就表示成了电池的温度、电流和物质浓度的函数。各个ξi的值可以根据测量的PEMFC曲线，通过拟合程序得到。由于物质浓度不是PEMFC主要的操作参数，所以，可将它们进一步表示成温度和压力的函数：

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学