电化学的应用领域

电化学的应用领域

因为电化学涉及电子传递的化学反应，所以应用领域十分广泛。以下简述几种主要的应用。

电镀

电镀是在制品的外表上产生一层均匀金属薄膜的技术，其原理是将镀件当成阴极，浸于含欲镀金属离子的电解液中，另一端置适当阳极，而施加直流电，当镀件表面偏压至较负的电位时，金属离子便会还原成金属原子而沉积在物体表面上。

电镀可以增加物品的光泽，达到美观的效果兼防止锈蚀，如餐具、汽机车的零件等。或只用来防止锈蚀，如马口铁、镀锌的缆线绳索等。也可镀硬铬以提高表面硬度，增加耐磨耗性。

电镀技术中，铜电沉积是近年内工业界最重要的技术之一。目前，铜沉积层用在许多领域，如印刷电路板材料电解铜箔、超大规模集成电路里铜金属化制程、印刷电路板穿孔电镀与铜金属凸块制程等。

铜金属薄膜有许多沉积技术，如电镀法、物理气相沉积、雷射退火回流法以及化学气相沉积法等。其中，电镀法（电沉积铜）具有低成本、高产率、高质量的铜膜、良好的孔洞填沟能力等，优点最多。

无电电镀是沉积薄膜金属层的另一种电化学方法。就是在无需外加电压的情形下，把溶液中的金属离子藉由自动催化的化学反应方式，沉积在固体表面上。这种反应程序与电镀极为类似，不同的是反应发生时，电子传递并不经由外部导线，而是藉由溶液中的物质在固体表面上发生反应的同时，直接进行传递。

无电电镀的基本原理，乃是利用与金属离子与共同存在于镀液中的还原剂，在固体表面上，藉由化学反应将金属离子还原成固态金属，而逐层沉积于固体表面上。由于此氧化还原反应仅在具有活性物质的固态表面上发生，故无电电镀的施行，并不会因为镀件的表面形状、大小或是否导电等因素而受到限制。因此，若想要在非导体如硅晶圆或塑料等的表面上沉积金属层，利用无电电镀是一种兼具便利与效率的方法。

电池

电池是一种将化学能转换成电能的装置，因具有可携带、多种组合、高能量密度，以及无排放噪音与废气的优点，所以应用范围很广。

伏特电池可以说是今日电池的起源，其后的一个重要发展则是丹尼尔以锌（负极）浸于稀酸电解质与铜（正极）浸于硫酸铜溶液所形成的丹尼尔电池，改善了原本电池电流递减的缺点，增进连续放电时的性能。

后来，电池性能不断地改进，在一八六四年时，勒克朗舍提出了勒克朗舍电池，并几经改良，成了现今一般干电池工业的主轴与一次电池工业的基础。然而一次电池受限于放电后即无法再使用的困扰，可反复使用的二次电池因而诞生。二次电池始于一八五九年普朗特所发明的铅酸蓄电池，因技术的开发与改进，又陆陆续续有镍镉、镍氢、锂离子电池等的出现。

今日，电池的改进与新式电池的发明仍然持续进行中，像是锂离子电池、高分子锂电池、燃料电池、太阳能电池等，随时因应不同时代人们的需求。

关于电池的分类，可以透过电池本身的充放电特性与工作性质大致区分为一次电池、二次电池与燃料电池。

一次电池仅能使用一次，无法透过充电的方式再补充已被转化掉的化学能。此类电池常见的有干电池、水银电池与碱性电池等。一次电池的应用最早也最广泛，市面上贩卖的不可充电电池几乎皆属此类。

二次电池所指的就是可以重复使用的电池，透过充电的过程，使得电池内的活性物质再度回复到原来的状态，因而能再度提供电力。这类电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池，以及锂离子电池和高分子锂电池等。

燃料电池与前述两者有相当大的不同，又称为连续电池。它的特色是阴、阳两极并无活性物质，而是透过外部的系统提供，所以只要持续地提供活性物质，电池就可以持续地放电。在阳极部分，真正进行氧化反应的是空气或氧气；而阴极部分则是以氢或煤气等为主。此类电池尚在发展中，且受限于体积较大，主要用在发电机组上或作为备用能源。近来由于技术的提升，有逐渐小型化的趋势，并运用于电动车辆等领域。

此外，若以电池中电解液的酸碱度来区分，则电池的种类又可以分为碱性、酸性以及中性电池。上面所提及的都是将化学能转换成电能的电池，如果我们所使用的是太阳能转换成电能的电池，那就是太阳能电池了。

电池的发展导因于我们对生活的需求，因此，随着各种科技产品与各式携带型电子产品等的开发，以及对环境保护的要求，现有电池的生态势将产生极大的改变。

电双层电容器

当我们在二电极施加一电压时，在电极和电解质二者接触的界面极小厚度内，正负电荷会呈现相对排列，而形成双电荷层现象，此时二电极间的系统类似于二次电池的充电过程。而当二电极所施加的电压去除时，双电荷层中原先所累积的电荷便会往溶液中移动，产生电荷中和，并释放出能量，此时二电极间的系统类似于二次电池的放电过程。

上述系统因为具有利用电双层原理来储存预备的能量，故称为电双层电容器。又因为此类电容器具高放电能力、充电时间快且比传统电容器高出数百倍的电容量等特性，所以也称为超高电容器。它的发展源于一九九○年代，是一种新型的储能组件，具有介于电池和传统电容器之间的特性。

这种超高电容器与二次电池相比，因为在充放电时，只是将溶液中的电荷吸附在电极表面上，并无任何伴随的化学反应发生，所以可以用大电流进行急速充放电。目前，电双层电容器不仅能作为电流1安培以下的供电组件，也可以作为电流1安培以上大的供电组件。超高电容器在很宽的温度范围内，表现出稳定的充放电特性，并不会像电池有严苛的温度限制；与电池相比，也较不容易起火，危险性很小；另外，对环境也不会产生污染。

电双层电容器的发展，目前正逐渐使其在某些情况下，能代替电池或者是将电双层电容器和电池组合应用，以便用于需要大功率、大电流的产品上，如家电、计算机、汽车、自动控制、特种、太空等。