第二章 實驗原理
2.3 電化學反應系統簡介
2.3.1 電化學反應
電化學是指由電子轉移（電流）所引起的化學反應，平常有金屬離子與電 解質溶液參與作用，電池就是利用電化學原理的操作。燃料電池可以不斷地 把一種燃料的化學能直接轉變為電能，燃料在電池的陽極產生電子，氧化物 在陰極，燃料與氧化物是化學反應物，不斷地使溶在電解質溶液中的反應物 流入反應槽（電池），就能把化學能直接轉變為電能，如氫燃料電池是以氫 為燃料，而來自空氣的氧是氧化物，即2H2 + O2變成2H2O，這是一個高放熱 反應。這放熱反應的產物是水，而不是一般汽油燃燒釋放的二氧化碳，是一 個提高能源應用效率又能減碳的反應。其他有機化合物如酒精或碳氫化合物，
都可當作燃料電池的燃料。
電化學反應是隨著電荷(通常是電子)轉移的化學反應，如圖2.3 所示，而 此現象需發生在兩個不同相的界面上。其中一相為電解質，另一相為電極所 構成，在電極上主要是靠電子移動來完成導電。當電極電位逐漸由負往正的 方向移動時，電極上電子的能量將逐漸減低，反應物上的電子有足夠的能量，
促使電子跨越界面進入電極中；此現象是一種氧化反應，而發生氧化反應的 電極則稱為陽極。同理當電極電位由正電位往負的方向移動時，電極上電子 的能量隨之提高，使電極上的電子有足夠的能量跨越電極與電解質之間不連 續的界面，使反應物獲得電子；此為還原反應，而發生還原反應的電極稱為 陰極。
圖2.3 金屬活性比較。
2.3.2 電化學反應系統
研究一個電化學反應系統的時候，電極的使用是首先被考慮的重要參數之 ㄧ，其次是電解質溶液變數。在電化學反應中，電位、電流與電量為最常量 測的指標，由於電荷無法累積的原理，由量測電流大小能表示其反應速率。
2.3.3 電化學反應程序
在電化學反應中必須經過許多複雜的步驟，才能夠完成。包括：多電子 轉移反應、吸附、相的形成或轉變以及化學反應等，說明如下：
1.多電子轉移反應：許多電化學反應中的電子轉移數目不只為1，高達4到6也 相當常見。
O2 ＋ 4H+ ＋ 4e-→2H2O (2-4) 而反應中的中間產物其穩定性與化學性質，將會影響反應的最終產物。
O2 → H2O2 → 2H2O (2-5)
2.吸附：吸附的主要作用是使得反應物間有機會靠近，同時使反應物與電極 之間更靠近，增加電子轉移與化學反應。
3.相的行成或轉變：相的形成或轉變為多重步驟反應，所以相當複雜。
4.化學反應：經過電子轉移後，溶液與電極表面並不穩定，它們通常具有極 高的反應性；此時可利用氧化還原對(俗稱媒子)與電極反應，以利產物的生 成。