《电化学原理与应用》是教育部高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材。全书共分为9章。前6章主要介绍了电化学基本科学原理，包括电解质基础理论、电化学热力学、电极/溶液界面的结构与性质、电化学动力学（电化学反应动力学、液相传质动力学）；后3章重点介绍了几类重要的电化学应用技术，包括电化学能量存储技术、电化学能量转换技术以及电化学合成与表面精饰技术。
本书是高等院校材料类、化学化工类、能源类、环境类、电子信息类等专业本科生或研究生的基础课程教材，也可供从事电化学相关的科研人员或工程技术人员参考。

王建淦，男，博士，西北工业大学材料学院教授。
研究方向
（1）先进电化学能源材料的设计与制备：纳米碳材料，无机 有机及其杂化材料；
（2）能量存储器件：锂 钠离子电池、锂硫电池、锌离子电池、超级电容器、其它新型储能器件；
（3）高效能量转换：纳米催化（电催化、光电催化）、太阳能电池
（4）能量存储-转换一体化集成设计
学术成果
主持国家自然科学基金2项、"香江学者"计划项目、陕西省创新人才推进计划项目、陕西省自然科学基金面上项目2项、国家重点实验室重点项目与探索项目3项、"翱翔新星"计划1项、中央高校基础业务科研项目 1项、横向课题1项；同时参与国家自然科学基金面上 重点项目、陕西省科技创新团队等多个项目。迄今在Progress in Materials Science, ACS Nano, Nano Energy, Journal of Material ChemistryA, Small, ACS Applied Materials & Interfaces, Carbon，Journal of Power Sources，Electrochimica Acta，Chemical Engineering Journal等多个国际高水平刊物上发表论文77篇，它引次数超过3300，ESI高被引论文11篇，热点论文一篇，H因子31；受邀撰写英文专著1章节。

第1章 电化学科学导论
1.1电化学概述 1
1.1.1浅识电化学 1
1.1.2电化学反应的基本原则与法拉第定律 2
1.1.3电化学科学的研究对象 4
1.1.4电化学的实际应用 4
1.2电解质理论概要 6
1.2.1电解质的分类 6
1.2.2水溶液电解质与离子水化 8
1.2.3电解质溶液的电导（率） 9
1.2.4电解质溶液的活度 15
1.3电化学的发展历史与趋势 19
1.3.1电化学萌芽与初级阶段 19
1.3.2电化学热力学理论的发展 20
1.3.3电化学动力学理论的发展 21
1.3.4现代电化学的发展 21
思考题 22

第2章 电化学热力学
2.1相间电位及其本质 24
2.1.1相间电位 24
2.1.2内电位、外电位与电化学位 25
2.2电极电位与参比电极 26
2.2.1电极电位的形成 26
2.2.2相对电位 27
2.2.3参比电极 28
2.3电极的可逆性与能斯特方程 29
2.3.1电池的可逆性 29
2.3.2可逆电池的热力学性质 30
2.3.3可逆电极及其电位 32
2.3.4标准电位序及其作用 34
2.4可逆电极与不可逆电极 36
2.4.1可逆电极类型 36
2.4.2不可逆电极及其特点 38
2.4.3不可逆电极类型 39
2.4.4电极可逆性的判别 40
2.4.5电极电位的影响因素 41
2.5液接电位与膜电位 43
2.5.1液接电位及其来源 43
2.5.2浓差电池 44
2.5.3液接电位的消除 45
2.5.4膜电极与膜电位 45
2.6电化学腐蚀与Pourbaix图 47
2.6.1金属的电化学腐蚀 47
2.6.2Pourbaix图及其绘制 48
2.6.3水的Pourbaix图 49
2.6.4Fe-H2O的Pourbaix图的绘制及分析 50
2.6.5Fe-H2O的电化学腐蚀图及其分析 53
2.6.6金属的电化学防腐保护 55
2.6.7金属Pourbaix图的局限性 55
思考题 56

第3章 电极 溶液界面的结构与性质
3.1理想极化电极 58
3.2电毛细曲线 59
3.2.1界面张力 59
3.2.2电毛细曲线的测量 60
3.2.3李普曼方程 61
3.2.4离子界面剩余量 62
3.3微分电容曲线 63
3.3.1平板电容器 63
3.3.2界面双电层的电容特性 64
3.3.3微分电容曲线 65
3.3.4微分电容曲线与电毛细曲线的比较 66
3.3.5零电荷电位 66
3.4界面双电层结构模型 68
3.4.1紧密层结构模型 68
3.4.2分散层结构模型 69
3.4.3紧密-分散层结构模型 69
3.4.4双电层方程式 70
3.5紧密层的精细结构 73
3.5.1电极界面的水偶极子层 74
3.5.2特性吸附 74
3.5.3内紧密层和外紧密层 76
3.5.4紧密层结构与微分电容 76
3.6电极 溶液界面的分子和原子吸附 78
3.6.1表面活性物质 78
3.6.2有机物的界面吸附特点 79
3.6.3氢原子和氧的界面吸附特点 81
思考题 83

第4章 电化学动力学概论
4.1极化与极化曲线 85
4.1.1电极的极化与极化曲线 85
4.1.2过电位与极化度 86
4.1.3两种电化学体系的极化图 87
4.2电极过程的基本历程及电化学反应类型 90
4.2.1基本历程 90
4.2.2电化学反应的特点及其类型 91
4.3电极过程的决速步骤与极化类型 91
4.3.1反应活化能 91
4.3.2决速步骤 92
4.3.3极化类型 93
4.4研究电极过程的分析方法 94
4.4.1近平衡态 94
4.4.2电极过程的分析步骤 94
思考题 95

第5章 电化学反应动力学
5.1电化学反应动力学理论发展简介 96
5.2电化学反应的活化能与反应速度 97
5.2.1电化学反应活化能 97
5.2.2电化学反应速度 99
5.3Butler-Volmer方程 101
5.3.1Butler-Volmer基本方程及其特点 101
5.3.2电化学反应动力学的基本参数 102
5.3.3平衡状态下电极反应动力学和热力学之间的联系 104
5.3.4电极反应动力学性质与交换电流密度的一般性规律 105
5.4单电子反应的稳态电化学极化特点 106
5.4.1高过电位下的极化特点 106
5.4.2低过电位下的极化特点 107
5.4.3电化学反应动力学参数的测量原理 108
5.5多电子反应动力学 109
5.5.1多电子电化学反应的特征 109
5.5.2多电子反应的Butler-Volmer方程 109
5.5.3多电子反应的极化特点 111
5.6分散层对电化学反应动力学的影响 112
5.6.1分散层结构对电化学反应动力学的影响 112
5.6.2φ1效应下的反应动力学方程 113
5.6.3φ1效应对阴极还原反应的影响 114
思考题 115

第6章 液相传质动力学
6.1液相传质方式 117
6.1.1液相传质的三种方式 117
6.1.2液相传质的基本方程 119
6.2理想稳态扩散 119
6.2.1理想稳态扩散的实现 119
6.2.2理想稳态扩散的假设条件 120
6.2.3理想稳态扩散的动力学规律 120
6.3浓差极化规律及判别 121
6.3.1浓差极化的基本规律 121
6.3.2判别方法 124
6.4非稳态扩散 125
6.4.1菲克第二定律 125
6.4.2平面电极上的非稳态扩散 126
6.5电化学极化与浓差极化共存时的动力学规律 128
6.5.1实际反应中的极化现象 128
6.5.2混合控制时的动力学规律 128
6.5.3两类极化规律特征的比较 130
思考题 130

第7章 电化学能量存储技术
7.1电池的基本性能参数 132
7.1.1开路电压与工作电压 132
7.1.2容量与比容量 133
7.1.3库仑效率和能量效率 134
7.1.4能量密度和功率密度 135
7.1.5倍率与循环寿命 136
7.1.6贮存性能与自放电 136
7.2锂离子电池 137
7.2.1锂离子电池概述 137
7.2.2电池结构与反应原理 137
7.2.3负极材料 138
7.2.4正极材料 139
7.2.5锂离子电池的应用 141
7.3锂金属电池 141
7.3.1锂金属负极的发展历史与性能特点 141
7.3.2锂一次电池 142
7.3.3锂硫二次电池 143
7.3.4锂-空气电池 146
7.3.5金属锂负极的挑战与解决策略 148
7.4钠离子电池 150
7.4.1钠离子电池概述 150
7.4.2电池结构与储钠反应原理 151
7.4.3正极材料 152
7.4.4负极材料 152
7.4.5电解质 154
7.5钠金属电池 155
7.5.1钠-硫电池 155
7.5.2钠-氯化镍电池 157
7.5.3钠-空气电池 158
7.6锌金属电池 159
7.6.1锌-锰电池 159
7.6.2锌-氧化银电池 163
7.6.3锌-空气电池 166
7.6.4可充锌离子电池 167
7.7液流电池 173
7.7.1液流电池的发展历史 173
7.7.2液流电池的基本结构及其工作原理 174
7.7.3全钒液流电池 175
7.7.4锌基液流电池 176
7.8传统蓄电池 179
7.8.1铅酸蓄电池 179
7.8.2镍-镉电池 179
7.8.3镍氢电池 180
思考题 180

第8章 电化学能量转换技术
8.1电催化技术 182
8.1.1电催化反应的基本规律 182
8.1.2电催化剂的电子结构效应、协同效应和表面结构效应 182
8.1.3电催化剂的关键性能参数 183
8.1.4氢电催化 186
8.1.5氧电催化 189
8.1.6氨电催化 192
8.1.7碳基电催化 194
8.2光电催化技术 195
8.2.1半导体的基本性质 196
8.2.2半导体与溶液接触时的界面性质 198
8.2.3光电催化反应过程 201
8.2.4光电催化分解水制氢 206
8.2.5光电催化二氧化碳还原 207
8.3燃料电池 208
8.3.1燃料电池及其特点 208
8.3.2燃料电池发展历史 208
8.3.3燃料电池的基本结构与工作原理 210
8.3.4燃料电池的效率 211
8.3.5燃料电池的类型 212
思考题 216

第9章 电化学合成与表面精饰技术
9.1电化学合成技术 217
9.1.1无机物电合成 217
9.1.2有机电合成 222
9.2金属的电沉积 223
9.2.1金属电沉积的基本历程与特点 224
9.2.2金属离子的阴极还原过程 224
9.2.3金属的电结晶过程 227
9.2.4电镀过程 229
9.3金属阳极氧化 231
9.3.1两种金属氧化的方法 231
9.3.2金属阳极氧化的极化曲线 232
9.3.3铝的阳极氧化过程及成膜机理 234
9.3.4钛及钛合金阳极氧化过程及成膜机理 235
9.4电泳涂装技术 236
9.4.1阳极电泳涂装 237
9.4.2阴极电泳涂装 237
思考题 238

附录 部分溶液中反应的标准电极电位（25℃）

参考文献