《现代电化学工程》共分10章，涵盖了化学电源、氯碱工业、无机电合成、有机电合成、电化学冶金、电化学加工、电化学法合成纳米材料以及复合电沉积等电化学技术的理论、实际应用和发展前沿。本书从实际应用的电化学工程的角度出发，结合相关的电化学理论，全面翔实地介绍了目前电化学工程包括的内容及应用。

《现代电化学工程》可作为化学化工类专业、材料类专业、能源类专业学生的教材，也可作为相关行业人员的参考书。

电化学是研究化学能与电能相互转化以及转化过程中有关现象和规律的科学。随着现代科学技术的发展，电化学的基本理论不断完善和深化，其应用领域也日益广泛。目前电化学不仅涉及民用、工农医、国防和尖端科学技术，还渗透到生物学、环境科学、金属工业等领域，形成了许多交叉学科。

本书主要从应用出发，全面介绍了现代电化学工程所包含的基本内容。在编写中力争以教学需要组织全书，同时根据现代电化学技术的发展，扩展传统电化学工程内容，以便于学生阅读和工程技术人员参考。本书一方面介绍了氯碱工业、无机电合成、有机电合成、电化学冶金、电化学加工等电解工程技术；另一方面介绍了化学电源发展及关键技术进展、电化学合成纳米材料以及复合电沉积等现代电化学的最新应用。每一部分内容均结合有关电化学原理和基本概念，讨论实际工业生产应用的影响因素，同时兼顾了其发展和展望。

参加本书编写工作的有郑州轻工业大学的王利霞（第2章、第10章）、闫继（第4章和第8章的8.1～8.4节）、贾晓东（第3章和第6章）、王恒（第1章、第5章和第9章）、李臻（第7章和第8章的8.5节）。

由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请读者提出宝贵意见和建议。



编者

2019年3月

王利霞，郑州轻工业学院，副教授，王利霞，博士研究生。承担郑州轻工业学院，电化学专业必修课程《电镀工艺学》；专业选修课《现代电化学技术》、《电镀车间设计》、《专业英语》、《近代测试技术》；新能源材料与器件专业选修课《电化学工程》、《近代测试技术》以及全校选修课《汽车与新能源》、《汽车文化》等课程的讲授，具有丰富的教学经验。

研究方向为燃料电池双极板表面改性以及碳基材料及其能量储存装换装置，目前主持国家自然科学基金一项，高等学校重点项目一项，横向合作两项（经费230万）。迄今共在国内外学术期刊发表一作论文20余篇，其中包括SCI收录 10余篇，JCR 1区论文 8篇，JCR 2区论文 4篇。现担任Nanoscale, Electrochem. Commun., J. Hydrogen Energy等学术期刊审稿人。

第1章绪论/ 1

1.1概述1

1.1.1电化学定义1

1.1.2电化学发展简史1

1.1.3电化学的特点2

1.1.4现代电化学的发展趋势2

1.2电化学工业应用领域简介3



第2章电化学工业体系/ 6

2.1电化学工程基本单元6

2.1.1电极与电极材料6

2.1.2隔膜8

2.1.3电解质10

2.2电化学反应器及质量技术指标11

2.2.1电化学反应器11

2.2.2电解工艺的质量指标12



第3章化学电源发展与关键技术进展/ 15

3.1化学电源发展概述15

3.1.1化学电源发展现状15

3.1.2化学电源的发展前景16

3.2锂离子电池关键技术进展17

3.2.1锂离子电池正极材料17

3.2.2锂离子电池负极材料19



第4章氯碱工业/ 23

4.1概述23

4.1.1氯碱工业在国民经济中的地位23

4.1.2氯碱工业的发展24

4.1.3氯碱工业生产技术及其发展25

4.2氯化钠溶液电解的理论基础27

4.2.1阳极过程27

4.2.2阴极过程28

4.2.3理论分解电压和槽电压28

4.2.4氯碱工业中溶液的次级反应30

4.3金属阳极与选择性电催化现象31

4.3.1金属阳极31

4.3.2DSA电极的研制与发展31

4.3.3DSA电极的组成、结构、制备工艺与性能32

4.3.4阴极材料33

4.4氯碱工业电解方法34

4.4.1隔膜电解法34

4.4.2离子膜电解法39

4.4.3水银电解法42



第5章无机电合成/ 45

5.1概述45

5.1.1无机电合成电极过程45

5.1.2无机电合成特点46

5.2电解二氧化锰47

5.2.1电解二氧化锰的性质与用途47

5.2.2电解二氧化锰的制备方法49

5.3电解制备氯酸盐50

5.3.1电解法制备氯酸钠50

5.3.2电解制备次氯酸钠53

5.4氯化法处理含氰废水55

5.4.1有效氯的概念55

5.4.2碱性氯化法56

5.4.3电解法57



第6章有机电合成/ 59

6.1有机电合成的发展59

6.1.1概述59

6.1.2有机电合成的特点60

6.1.3有机电合成反应机理61

6.1.4有机电合成的若干发展方向62

6.2电化学催化65

6.2.1概述65

6.2.2影响电催化剂电催化性能的因素66

6.2.3评价电催化性能的方法68

6.2.4电催化反应案例介绍70

6.3有机电合成的反应类型74

6.3.1电化学氧化74

6.3.2电化学还原76

6.3.3电化学氟化78

6.4有机电合成技术79

6.4.1恒电流电解法79

6.4.2恒电位法79

6.4.3恒电流法和恒电位法比较80

6.4.4影响有机电合成的因素80

6.5电化学有机合成工业化实例81

6.5.1己二腈的电合成81

6.5.2四乙基铅的电合成83

6.5.3有机氟化物的电合成84

6.5.4癸二酸的电合成86



第7章电化学冶金/ 87

7.1概述87

7.1.1金属的分类87

7.1.2金属的存在87

7.1.3金属的性质88

7.2金属材料的制备冶金90

7.2.1冶金工艺概述90

7.2.2火法冶金90

7.2.3湿法冶金93

7.2.4电化学冶金93

7.3电解水溶液提取金属94

7.3.1电解水溶液提取金属的基本原理94

7.3.2锌的电解提取95

7.4电解熔融盐提取金属99

7.4.1熔融盐电解理论100

7.4.2铝的电解提取103

7.5金属的电解精炼107

7.5.1概述107

7.5.2铜的电解精炼108

7.5.3铝的电解精炼109



第8章电化学加工/ 110

8.1概述110

8.1.1电化学加工分类110

8.1.2电化学加工的特点111

8.2电解加工111

8.2.1概述111

8.2.2电解加工的电极电位113

8.2.3电解液116

8.2.4电解加工的基本工艺规律118

8.2.5电解加工的应用120

8.3电解磨削123

8.3.1电解磨削基本原理123

8.3.2电解磨削的特点124

8.3.3电解磨削的主要设备124

8.3.4电解磨削的应用126

8.4电铸126

8.4.1电铸原理126

8.4.2电铸特点127

8.4.3电铸加工的设备和工艺127

8.4.4电铸应用128

8.5电刷镀128

8.5.1电刷镀的原理128

8.5.2电刷镀特点128

8.5.3电刷镀设备及镀液129

8.5.4电刷镀的应用129



第9章电化学法合成纳米材料/ 131

9.1纳米材料概述131

9.1.1纳米材料概念131

9.1.2纳米材料组成131

9.1.3纳米材料特征132

9.1.4纳米材料的制备方法134

9.2纳米材料电化学合成134

9.2.1电化学方法制备纳米材料的优点134

9.2.2电化学方法的原理与制备方法135

9.2.3电化学方法合成纳米材料的影响因素136

9.3纳米材料电化学合成工艺及特性137

9.3.1电化学法制备纳米镍137

9.3.2电化学法制备纳米钴140

9.3.3电化学法制备纳米铜142

9.3.4电化学法制备纳米银143

9.3.5电化学法制备Cu-Ni合金144

9.3.6电化学法制备Co-Ni合金145

9.4模板电化学法制备纳米材料147



第10章复合电沉积/ 150

10.1复合电沉积概述150

10.1.1复合电沉积基本概念150

10.1.2复合电沉积的特点151

10.1.3复合电沉积与普通电镀的区别152

10.1.4复合镀层的分类及应用153

10.1.5复合镀层及其中微粒含量的表示方法154

10.1.6复合电沉积的历史及发展趋势155

10.2复合电沉积工艺及机理155

10.2.1固体微粒的特性155

10.2.2镀液的搅拌方式156

10.2.3复合电沉积的影响因素156

10.2.4复合电沉积机理160

10.3镍基复合镀层162

10.3.1镍复合镀镀液组成及工艺条件163

10.3.2镍复合镀工艺参数的影响163

10.3.3镍复合镀镀层的性能166

10.4复合化学镀镀层167

10.4.1复合化学镀镀液的稳定性168

10.4.2复合化学镀机理168

10.4.3复合化学镀溶液组成168

10.4.4镀液中各成分的作用168

10.4.5化学复合镀层的影响因素170

10.4.6化学复合镀层的特性及应用173

10.5几种复合电沉积新工艺174

10.5.1纳米复合电沉积174

10.5.2梯度复合电沉积178

10.5.3脉冲复合电沉积180

10.5.4电刷复合镀180

10.5.5流镀复合镀181



参考文献/ 182