電化學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域

因?yàn)殡娀瘜W(xué)涉及電子傳遞的化學(xué)反應(yīng)，所以應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。以下簡述幾種主要的應(yīng)用。

電鍍

電鍍是在制品的外表上產(chǎn)生一層均勻金屬薄膜的技術(shù)，其原理是將鍍件當(dāng)成陰極，浸于含欲鍍金屬離子的電解液中，另一端置適當(dāng)陽極，而施加直流電，當(dāng)鍍件表面偏壓至較負(fù)的電位時(shí)，金屬離子便會還原成金屬原子而沉積在物體表面上。

電鍍可以增加物品的光澤，達(dá)到美觀的效果兼防止銹蝕，如餐具、汽機(jī)車的零件等?；蛑挥脕矸乐逛P蝕，如馬口鐵、鍍鋅的纜線繩索等。也可鍍硬鉻以提高表面硬度，增加耐磨耗性。

電鍍技術(shù)中，銅電沉積是近年內(nèi)工業(yè)界最重要的技術(shù)之一。目前，銅沉積層用在許多領(lǐng)域，如印刷電路板材料電解銅箔、超大規(guī)模集成電路里銅金屬化制程、印刷電路板穿孔電鍍與銅金屬凸塊制程等。

銅金屬薄膜有許多沉積技術(shù)，如電鍍法、物理氣相沉積、雷射退火回流法以及化學(xué)氣相沉積法等。其中，電鍍法（電沉積銅）具有低成本、高產(chǎn)率、高質(zhì)量的銅膜、良好的孔洞填溝能力等，優(yōu)點(diǎn)最多。

無電電鍍是沉積薄膜金屬層的另一種電化學(xué)方法。就是在無需外加電壓的情形下，把溶液中的金屬離子藉由自動催化的化學(xué)反應(yīng)方式，沉積在固體表面上。這種反應(yīng)程序與電鍍極為類似，不同的是反應(yīng)發(fā)生時(shí)，電子傳遞并不經(jīng)由外部導(dǎo)線，而是藉由溶液中的物質(zhì)在固體表面上發(fā)生反應(yīng)的同時(shí)，直接進(jìn)行傳遞。

無電電鍍的基本原理，乃是利用與金屬離子與共同存在于鍍液中的還原劑，在固體表面上，藉由化學(xué)反應(yīng)將金屬離子還原成固態(tài)金屬，而逐層沉積于固體表面上。由于此氧化還原反應(yīng)僅在具有活性物質(zhì)的固態(tài)表面上發(fā)生，故無電電鍍的施行，并不會因?yàn)殄兗谋砻嫘螤?、大小或是否?dǎo)電等因素而受到限制。因此，若想要在非導(dǎo)體如硅晶圓或塑料等的表面上沉積金屬層，利用無電電鍍是一種兼具便利與效率的方法。

電池

電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，因具有可攜帶、多種組合、高能量密度，以及無排放噪音與廢氣的優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用范圍很廣。

伏特電池可以說是今日電池的起源，其后的一個(gè)重要發(fā)展則是丹尼爾以鋅（負(fù)極）浸于稀酸電解質(zhì)與銅（正極）浸于硫酸銅溶液所形成的丹尼爾電池，改善了原本電池電流遞減的缺點(diǎn)，增進(jìn)連續(xù)放電時(shí)的性能。

后來，電池性能不斷地改進(jìn)，在一八六四年時(shí)，勒克朗舍提出了勒克朗舍電池，并幾經(jīng)改良，成了現(xiàn)今一般干電池工業(yè)的主軸與一次電池工業(yè)的基礎(chǔ)。然而一次電池受限于放電后即無法再使用的困擾，可反復(fù)使用的二次電池因而誕生。二次電池始于一八五九年普朗特所發(fā)明的鉛酸蓄電池，因技術(shù)的開發(fā)與改進(jìn)，又陸陸續(xù)續(xù)有鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池等的出現(xiàn)。

今日，電池的改進(jìn)與新式電池的發(fā)明仍然持續(xù)進(jìn)行中，像是鋰離子電池、高分子鋰電池、燃料電池、太陽能電池等，隨時(shí)因應(yīng)不同時(shí)代人們的需求。

關(guān)于電池的分類，可以透過電池本身的充放電特性與工作性質(zhì)大致區(qū)分為一次電池、二次電池與燃料電池。

一次電池僅能使用一次，無法透過充電的方式再補(bǔ)充已被轉(zhuǎn)化掉的化學(xué)能。此類電池常見的有干電池、水銀電池與堿性電池等。一次電池的應(yīng)用最早也最廣泛，市面上販賣的不可充電電池幾乎皆屬此類。

二次電池所指的就是可以重復(fù)使用的電池，透過充電的過程，使得電池內(nèi)的活性物質(zhì)再度回復(fù)到原來的狀態(tài)，因而能再度提供電力。這類電池有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池，以及鋰離子電池和高分子鋰電池等。

燃料電池與前述兩者有相當(dāng)大的不同，又稱為連續(xù)電池。它的特色是陰、陽兩極并無活性物質(zhì)，而是透過外部的系統(tǒng)提供，所以只要持續(xù)地提供活性物質(zhì)，電池就可以持續(xù)地放電。在陽極部分，真正進(jìn)行氧化反應(yīng)的是空氣或氧氣；而陰極部分則是以氫或煤氣等為主。此類電池尚在發(fā)展中，且受限于體積較大，主要用在發(fā)電機(jī)組上或作為備用能源。近來由于技術(shù)的提升，有逐漸小型化的趨勢，并運(yùn)用于電動車輛等領(lǐng)域。

此外，若以電池中電解液的酸堿度來區(qū)分，則電池的種類又可以分為堿性、酸性以及中性電池。上面所提及的都是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的電池，如果我們所使用的是太陽能轉(zhuǎn)換成電能的電池，那就是太陽能電池了。

電池的發(fā)展導(dǎo)因于我們對生活的需求，因此，隨著各種科技產(chǎn)品與各式攜帶型電子產(chǎn)品等的開發(fā)，以及對環(huán)境保護(hù)的要求，現(xiàn)有電池的生態(tài)勢將產(chǎn)生極大的改變。

電雙層電容器

當(dāng)我們在二電極施加一電壓時(shí)，在電極和電解質(zhì)二者接觸的界面極小厚度內(nèi)，正負(fù)電荷會呈現(xiàn)相對排列，而形成雙電荷層現(xiàn)象，此時(shí)二電極間的系統(tǒng)類似于二次電池的充電過程。而當(dāng)二電極所施加的電壓去除時(shí)，雙電荷層中原先所累積的電荷便會往溶液中移動，產(chǎn)生電荷中和，并釋放出能量，此時(shí)二電極間的系統(tǒng)類似于二次電池的放電過程。

上述系統(tǒng)因?yàn)榫哂欣秒婋p層原理來儲存預(yù)備的能量，故稱為電雙層電容器。又因?yàn)榇祟愲娙萜骶吒叻烹娔芰?、充電時(shí)間快且比傳統(tǒng)電容器高出數(shù)百倍的電容量等特性，所以也稱為超高電容器。它的發(fā)展源于一九九○年代，是一種新型的儲能組件，具有介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的特性。

這種超高電容器與二次電池相比，因?yàn)樵诔浞烹姇r(shí)，只是將溶液中的電荷吸附在電極表面上，并無任何伴隨的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，所以可以用大電流進(jìn)行急速充放電。目前，電雙層電容器不僅能作為電流1安培以下的供電組件，也可以作為電流1安培以上大的供電組件。超高電容器在很寬的溫度范圍內(nèi)，表現(xiàn)出穩(wěn)定的充放電特性，并不會像電池有嚴(yán)苛的溫度限制；與電池相比，也較不容易起火，危險(xiǎn)性很??；另外，對環(huán)境也不會產(chǎn)生污染。

電雙層電容器的發(fā)展，目前正逐漸使其在某些情況下，能代替電池或者是將電雙層電容器和電池組合應(yīng)用，以便用于需要大功率、大電流的產(chǎn)品上，如家電、計(jì)算機(jī)、汽車、自動控制、特種、太空等。