電極的材料如何影響其性能

更新時間：2025-10-15

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這個問題問到了電極設計的核心！電極材料的選擇直接決定了其導電效率、反應活性、穩定性等關鍵性能，是影響整個電化學裝置（如電池、傳感器）性能的根本因素。

材料本身的固有屬性是性能的基礎，主要影響以下三方面：

導電性：金屬（如銅、鋁）和碳材料（如石墨、石墨烯）的導電性遠高于金屬氧化物。高導電性材料能減少電子傳輸阻力，降低能量損耗，例如鋰電池用銅箔做負極集流體就是利用其優異的導電性。
反應活性：材料的化學性質決定了它能否參與特定電化學反應。例如，鉑（Pt）對氫氧化反應有ji高催化活性，因此被用作燃料電池的正極材料；而石墨因層狀結構適合鋰離子嵌入 / 脫出，成為鋰電池負極的核心材料。
化學穩定性：材料在工作環境（如酸性 / 堿性電解液、高溫）中的抗腐蝕能力至關重要。例如，鈦（Ti）在強酸性電解環境中不易被腐蝕，常被用作電解槽的電極基材；而普通鋼鐵在電解液中易生銹，無法直接作為電極使用。

即使成分相同，不同的微觀 / 宏觀結構也會顯著改變電極性能，主要體現在：

當單一材料無法滿足需求時，通過改性可針對性提升性能，常見方式包括：

摻雜：在基礎材料中加入少量其他元素，調整其電子結構。例如，在鈦酸鋰（Li4Ti5O12）中摻雜鎳（Ni），可提高其電子導電性，改善鋰電池負極的倍率性能。
涂層：在電極表面覆蓋一層功能材料，增強穩定性或活性。例如，在燃料電池鉑電極表面涂覆一層氮摻雜碳，可減少鉑的溶解流失，延長電極壽命。
復合：將多種材料復合，結合各自優勢。例如，將石墨烯與磷酸鐵鋰（LiFePO4）復合，既能利用石墨烯的高導電性，又能發揮磷酸鐵鋰的高容量和安全性，提升鋰電池正極性能。