简而言之，电极是任何导电材料，它将电流导入或导出电路的非金属部分，例如电解质溶液。电极大致分为两类：惰性电极，不参与化学反应；和活性电极，参与化学反应。常见例子包括铂、金、铜和锌等金属，以及石墨（碳）等非金属。
选择电极是任何电化学系统中的关键设计决策。基本选择不仅仅是“什么材料导电”，而是您需要一种保持不变（惰性）的材料，还是一种积极参与化学反应（活性）的材料。
电极的两种基本类型
选择电极材料时最重要的区别是它在预期化学反应中的作用。这将所有潜在材料分为两个主要组。
惰性电极：被动促进剂
惰性电极是电化学反应发生的稳定、非反应性场所。它的作用仅仅是将电子传导到电解质或从电解质传导出来。
材料本身不会改变、消耗或溶解到溶液中。它仅仅是一个表面。
因此，惰性电极必须由在所用特定电解质中化学稳定的材料制成。常见的选择包括贵金属和碳。
惰性电极的例子：
- 铂 (Pt)
- 金 (Au)
- 石墨 (C)
- 铑 (Rh)
活性电极：积极参与者
活性电极是电化学反应的积极参与者。它要么被氧化（溶解到电解质中），要么是还原的产物（镀在表面上）。
选择这些材料是专门为了它们以受控方式反应的能力。这是电池和电镀的原理。
电极本身在电化学电池运行期间被消耗或生长。
活性电极的例子：
- 铜 (Cu)
- 锌 (Zn)
- 银 (Ag)
- 铅 (Pb)
有效电极的关键特性
除了基本分类之外，有几个特性决定了材料作为特定用途电极的性能。
导电性
这是最基本的要求。材料必须是有效的导电体，才能在外部电路和电解质之间传递电荷。因此，金属和石墨是极佳的选择。
化学稳定性
要使电极被认为是惰性的，它必须抵抗腐蚀或与电解质以及反应过程中产生的任何物质发生反应。这就是为什么铂和金等贵金属在这些应用中备受推崇的原因。
表面特性
反应发生在电极表面。具有较高表面积的材料通常可以支持更快的反应速率。此外，一些材料，如铂，可以充当催化剂，降低反应进行所需的能量。
理解权衡
理论上“最好”的电极并不总是最实用的。实际应用需要平衡性能与其他因素。
成本与性能
铂和金等贵金属因其极高的稳定性而成为卓越的惰性电极，但它们非常昂贵。
对于许多应用，石墨提供了一种成本效益高得多的替代方案。虽然它可能不如铂耐用或具有催化活性，但其低成本使其成为无数工业过程中的主要选择。
反应性与寿命
根据定义，活性电极会随着时间的推移而被消耗。这是原电池（电池）等应用中的必要功能，其中电极的消耗产生电流。
这意味着设备的寿命与可用活性电极材料的数量直接相关。材料的选择决定了电池的电压和寿命。
为您的目标做出正确选择
您选择电极材料应完全由您的电化学电池的目标驱动。
- 如果您的主要重点是在不污染的情况下进行电解：您需要一个惰性电极。对于高纯度实验室工作，请使用铂或金；对于经济实惠的替代品，请使用石墨（碳）。
- 如果您的主要重点是创建原电池（电池）：您需要两个不同的活性电极。使用锌和铜等材料，它们的电化学势差驱动电流。
- 如果您的主要重点是电镀物体：您的阳极（正极）应该是由您想要镀的金属制成的活性电极（例如银），而您的阴极（负极）将是物体本身。
最终，正确的电极是其化学和物理特性与它在您的电化学电池中必须执行的特定功能精确匹配的电极。
总结表：
| 电极类型 | 在反应中的作用 | 常见材料 | 主要应用 |
|---|---|---|---|
| 惰性电极 | 被动促进剂；不发生反应 | 铂、金、石墨 | 电解、高纯度实验室工作 |
| 活性电极 | 积极参与者；被消耗或形成 | 铜、锌、银、铅 | 电池、电镀 |
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