电 化学 （Electrochemistry），是研究化学现象与电现象之间的相互关系以及 化学能 与 电能 相互转化规律的学科。 电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压 静电放电 来实现，二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。通常情况下，电化学往往专指“电池的科学”， 其常用于化学电源、 电解 、金属腐蚀与防护方面等。
电化学的研究内容包括两个方面： 一是 电解质 的研究，即电解质学，其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等，另一方面是 电极 的研究，即电极学，其中包括电极的平衡性质和通电后 的 极化 性质。 电极反应是一种特殊的 氧化还原反应 ，其反应空间分开进行的，而且是等物质的量进行的，即服从 迈克尔·法拉第 定律。 电化学反应会受电解质溶液、电极 电势 、电极的极化、金属的 钝化 和 活化 等因素的影响。
电化学可应用于化学电源，如 锂离子电池 、燃料电池、电化学超级 电容器 等；金属腐蚀与防护； 电解 用于 冶炼 、精炼金属，制备 无机化合物 、 有机化合物 等化工产品 ； 表面处理 及精饰，如各种 电镀 、化学镀、电铸、 阳极氧化 、 电泳 涂漆等； 电合成 ，如 氯酸盐 、 高氯酸盐 、 聚己二酰己二胺 原料已二 等的合成 ；电化学分离，如工业生产或 废水 处理；电 分析化学 ，利用物质的 电学 和电化学性质进行 表征 和测量； 电化学发光免疫分析以三联吡 钌作为标记物，直接标记抗原或抗体； 生物电化学 传感器 ，例如，葡萄糖 生物传感器 是临床 糖尿病 诊断和患者血糖水平监测的重要工具，纳米生物传感器被广泛应用于生理过程的模拟、跟踪，活体检测、在线分析， 生物芯片 及生物燃料电池等方面。
定义
电 化学 是 物理化学 学科的一个分支，其是从电学现象与化学现象的联系去寻找化学变化规律的学科。经典电化学的主要理论支柱是电化学 热力学 、界面 双电层 和 电极 过程 动力学 。电化学热力学适用于平衡电化学体系，电极过程动力学适用非平衡电化学体系，双电层则为二者变化的桥梁。现代电化学又将 统计力学 和 量子力学 引入电化学的理论体系，开辟了在 微观 水平研究电化学的新领域。
因为电化学最早的研究对象是电池、 电解 、 电镀 过程， 所以最初把电化学看作是研究电现象和化学现象之间的关系及 电能 和 化学能 之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学。这些关系包括两个方面： 原电池 装置—当体系内自动发生一个化学变化时，体系产生电能； 电解池 装置—在外加电压作用下体系内发生化学变化。在第一种变化中化学能转变为电能，在第二种变化中电能转变为化学能。
电和 化学 反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压 静电放电 来实现，二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。通常情况下，电化学往往专指“电池的科学”。
电化学研究的对象包括三个部分：第一类 导体 、第二类导体、两类导体的界面性质以及界面上所发生的一切变化。因此电化学也可定义为：研究出现在一个 电子 导体相和一个离子导体相带电界面上的各种效应的科学。
相关理论
电化学热力学
原电池 是将 化学能 转变为 电能 的装置，说明原电池的电能来源于化学反应。由吉布斯函数的 判别式 可知，在等温、等压及可逆的条件下，体系吉布斯函数的改变值等于体系所做的最大可逆非体积功，即 。若此处非体积功 即为电工。对一恒温、恒压下的可逆电池，若发生了1mol反应，输出的 电子 为zmol（即阴、 阳极 发生得失zmol电子的化学反应），则每 摩尔 反应的电功等于摩尔电池反应的电量与电池 电动势 的乘积，故有
由 ，则有
此关系说明：可逆电池的 电能 来源于化学反应的 化学能 。这个关系十分重要，它是联系 热力学 与电化学的桥梁。 有了它就可以通过可逆电池 电动势 的测定等电化学方法求得反应的 ，并通过化学热力学中的基本公式，可以求得电池中化学反应的 热力学平衡 常数 值，也可以较精确地计算反应的 和 等热力学函数的改变值，进而解决热力学问题。同时也揭示了化学能转变为电能的最高限度，为改善电池性能或开发新的化学电源提供了理论依据。
界面双电层
绝大多数分散相粒子与 极性 溶液或极性介质相接触时，两相界面上都将带电（特殊条件除外）。即使是 石蜡 一类的惰性碳氢化合物，在 水溶液 通过时，表面也带电荷。 一般认为带电的机理是：溶解、 电离 、 吸附 、 极化 等等。当分散体系表面带电时，还会吸引与表面电荷相反的水溶液中的离子（也称反离子，或称配衡离子）在其周围，以使整个体系成为电中性。这样就构成了双 电层。 构成这些双电层中电荷的来源可能是：
电极过程动力学
电极是发生电化学反应的空间，而化学物质则是以水溶液的形式出现的。由此，电流、电极、 化学 溶液组成了电化学体系，而这个体系工作的过程，就是电极过程。 电极过程动力学是研究界面上的反应，一般情况下是指固相和液相之间的界面。液相中的反应物质在固/液界面反应，生成的产物或者进入溶液，或者以气体形式离开，或者以固体形式沉积在固体表面，或者进入固体中。 电化学是电极过程动力学的基础理论，电极过程动力学则是电化学应用特别是在电沉积的应用中的基础理论。
研究内容
电化学的研究内容应包括两个方面：
电解质学和电极学的研究都会涉及化学热力学、化学动力学和物质结构。电化学的热力学研究电化学系统中没有电流通过时系统的性质，主要处理和解决电化学反应的方向和倾向问题，电化学动力学研究电化学系统中有电流通过时系统的性质，主要处理和解决电化学反应的 速率 和机理问题。
相关历史
早期发现
一般公认电化学起源于 意大利 解剖学 家伽伐尼（Luigi Galvani 1737～1798）发现解剖刀或金属能使蛙腿肌肉抽搐的“动物电”现象。 1780年，伽伐尼发现铁制解剖刀能使铜盘里的蛙腿肌肉抽缩， 因而认为有微电流流过。 他于1791年发表关于此现象的论文，提出了所谓的“动物电”来解释此现象，也由此揭开了电化学研究的序幕。
成为化学分支
1792年，意大利物理学家 伏打 （A.Volta）看过伽伐尼的论文后，也开始研究伽伐尼的 青蛙 实验。他发现，是金属的接触作用所产生的电流刺激了青蛙的神经，从而引起肌肉的收缩。他还总结出两种不同的金属接触时会产生 电动势 ，并排出了一些金属的电动势序。 经过研究，伏打于1800年发明了人类第一个电池，它是交替地将铜片和锌片放在已浸泡了酸溶液的 毛毡 两侧叠成的 伏打电堆 。 亚历山德罗·伏特 发明的电池是人类历史上第一次产生可人为控制的持续电流，其标志着电化学这门学科的正式诞生。
伏打电堆发明的这一年， 英国 的 尼科尔森 （W.Nicholson）和卡里斯尔（A.Carlisle）即利用它进行了 电解水 的尝试， 意大利 的布鲁纳特利（Brugnatelli）也进行了 电镀 银的研究，电化学研究开始迅速发展。 1803年戴维用电解法成功得到 钾 和 钠 。 1833年，英国 化学 家 迈克尔·法拉第 （M.Faraday）提出了法拉第定律。 其阐明了通过一定电量就能沉积出一定量物质的普遍规律。此外，他还为电化学创造了一系列术语，如 电解 、 电解质 、 电极 、 阴极 、 阳极 、离子、 阴离子 、 阳离子 等。
1839年， 德国 物理学家克里斯蒂安·弗里德里希·尚贝（Christian Friedrich Schönbein）提出了燃料电池的原理，并在一些杂志上展示了他发明的第一个燃料电池。同年，威尔士物理学家、律师威廉·罗伯特·格罗夫（William Robert Grove）也发表了相关著作。 1866年， 法国 工程师雷克兰士（G.Lec lanche）发明了碳锌电池，这一电池后来成为世界上广泛使用的 化学电池 。
随后，电化学理论又从 电极 研究和 电解液 研究两方面获得了进一步发展。19世纪下半叶， 赫尔曼·冯·亥姆霍兹 （Helmholtz）和 约西亚·吉布斯 （J.W.Gibbs）赋予电池的“起电力”（现称“ 电动势 ”）以明确的 热力学 含义。亥姆霍兹于1879年提出了 双电层 平板 电容器 模型，其开启了“电极/溶液”界面的理论研究。1887年， 瑞典 化学家 斯万特·阿累尼乌斯 （S.A.Arrhenius）提出了 电离 学说，揭示了 电解质 溶液的本质，他也因此获得了1903年的 诺贝尔化学奖 。 1889年 瓦尔特·能斯特 （W.H.Nernst）提出了能斯特公式，即用热力学导出了参与电极反应的物质浓度与电极电势的关系。
迅速发展
1902年，美国电化学学会成立。 1905年， 瑞士 化学家 塔菲尔 （J.Tafel）通过大量实验结果总结出塔菲尔定律，即在 电解 过程中， 电极 上的超 电势 和通过电极的 电流密度 成正比，历史上电极过程 动力学 研究由此开始。 1923年，德拜（P.Debye）和 休克尔 （E.Hückel）提出了强 电解质 稀溶液理论，大大促进了电化学在理论探讨和实验方法方面的发展。1924年， 捷克 化学家海洛夫斯基（Heyrovsky）创立了极谱技术，他因此获得1959年的 诺贝尔化学奖 。
20世纪30年代和50～60年代期间，多种电化学方法和实验技术不断地涌现出来，越来越多的研究证明， 电极 反应中的许多物种是先 吸附 在电极表面，然后才发生电极反应。 1950年以后，随着 微电子 和 计算机 技术的迅速发展，电化学实验测试技术也逐步完善起来。电化学测量技术系统地发展了传统电化学研究方法的 稳态 和暂态测试技术，尤其是暂态测试技术，为研究电界面结构和快速的界面电荷传递反应打下了基础。
20世纪70年代兴起的电化学现场表面光谱技术（如紫外可见反射光谱、拉曼光谱、红外反射光谱、二次谱波、合频光谱等技术）、电化学现场波谱技术，以及非现场的表面和界面 表征 技术，尤其是许多高真空谱学技术，使界面电化学的分子水平研究成为可能。 1992年， 马库斯 （Marcus）因电子传递理论（包括均相和异相体系的电子传递）而获得1992年的 诺贝尔化学奖 。
电极反应
电极反应是一种特殊的 氧化还原反应 。 氧化剂 与 还原剂 不直接反应，而通过 电子 导体 来实现 电子转移 ，即还原剂失去的电子流经电子导体转移到氧化剂，电子发生定向流动。电化学氧化或还原反应都是在 电极 系统中完成的，电极系统是由两个相组成，一个相是电子导体相，另一个相是离子导体相，且有电荷通过它们互相接触的界面在两相之间进行转移。 氧化反应和还原反应是空间分开进行的，而且是等物质的量进行的，即服从 迈克尔·法拉第 定律。
法拉第定律
法拉第于1833年总结出了二条基本规则，称为法拉第定律。
式中 —比例系数； — 电极 上通过的电量； —通过电极的电流； —电极反应持续的时间。
式中F— 迈克尔·法拉第 常数 （96485C/ 摩尔 ），即1摩尔 电子 所带的电量；z—参与电极反应的电荷数。
电流效率
法拉第定律是个很严格的定律，但在生产实践中由于副反应的存在，主反应会出现形式上不满足法拉第定律的现象。但如果把 电极 上所发生的所有反应加在一起，则仍然符合法拉第定律。所以，对于所需要的产物来说，存在着效率问题，因而提出了电流效率的概念，用它来表示用于主反应的电量在总电量中所占的比例。
原理
电化学装置的两个电极之间存在着 电压 ，电势较高的称为正极，电势较低的称为 负极 。两个 电极 上还发生着不同类型的反应，失去 电子 ，发生氧化反应的电极称为 阳极 ；得到电子，发生还原反应的电极叫做 阴极 。
电解池
在电解池中，与外电源负极相连的电极是负极，得到电子；与外电源正极相连的电极为正极，失去电子；所以负极是阴极，正极是阳极。 以 电解 HCl溶液来说明 电解质 溶液的导电机理。电解池是由与直流电源相连接的两个铂电极插入HCl 水溶液 而构成。当 接通电源 后，电流流入正极（阳极），电子则由正极流向外电路，再流入 负极 （阴极）。与此同时，溶液中的H + 向阴极迁移，Cl - 向 阳极 迁移。
负极：
正极：
原电池
在原电池中，负极失去 电子 ，经过外电路流向正极，正极得到电子；所以负极是阳极，正极是 阴极 。 原电池是将两个铂 电极 插入到 电解质 HCl溶液中，用 导线 接通外电路，并使 氢气 和 氯气 分别冲打到金属片而构成。在通入H 2 电极上，H 2 失去电子被氧化成H + 进入溶液，造成H₂电极上电子密度较大， 电势 较低，而成为 负极 。而在通入Cl 2 的电极上 ，Cl 2 得到电子被还原成Cl - 进入溶液，造成Cl 2 电极上因缺少电子而具有较高的电势，成为正极。
负极：
正极：
影响因素
电解质溶液
凡溶于水后能导电的物质叫 电解 质，如 盐酸 （HCI）、 硫酸 （H₂SO₄）、 氢氧化钠 （NaOH）、 氢氧化 （NH 4 OH)）、 氯化钠 （NaCl）、 硝酸钠 （NaNO 3 ）、 氯酸钠 （NaClO 3 ）等酸、碱、盐都是电解质。电解质的 水溶液 称为电解质溶液（简称 电解液 ）。电解液浓度是指电解液中所含电解质的多少。
电解质溶液导 电能 力与电解质在水中的状态有关。如NaCl在水中能100% 电离 ，称为强电解质。 强酸 、 强碱 和大多数盐都是强 电解质 ，它们在水中都能完全电离。弱 电解 质如氨（NH 3 ）、 食用醋酸 （CH 3 COOH）等在水中仅小部分电离成离子，大部分仍以分子状态存在。水也是弱电解质，它本身也能微弱 离解 成正的 氢离子 和负的 氢氧根 ，故导电能力都很弱。
金属是 电子 导体 ，导电能力强， 电阻 很小，随着温度的升高，其导电能力减弱。而电解质溶液是离子导体，其导电能力要比金属导体弱得多，电阻较大。随着电解质溶液温度的升高，其导电能力增强，在一定限度内，随着浓度增加，其导电能力也增强。但当浓度过高时，由于正、 阴离子 间的相互作用力增强，其导电能力将有所下降。
电极电位
由于金属 原子 都是由外层带负电荷的自由电子和带正电荷的金属 阳离子 所组成的，即使不接 外接电源 ，当金属与它的 盐溶液 接触时，也常会发生电子得失的反应。例如，当铁与FeCl 2 水溶液 接触时，由于铁离子在水中具有的 能级 比其在溶液中成为水化离子的能级高，且不稳定，因此 晶体 界面上的铁离子就有与水分子作用生成水化铁离子进入溶液中的倾向， 电子 则留在金属表面上，即Fe→Fe 2+ +2e - （溶解，氧化反应）。这样金属上有了多余的电子而带负电，溶液中靠近金属表面很薄的一层有多余的铁离子（Fe 2+ ）而带正电。随着由金属晶体进入溶液的Fe 2+ 数目增加，金属上负电荷增加，溶液中正电荷增加，由于 静电 引力 作用，铁离子的溶解速度逐渐减慢。同时，溶液中的Fe 2+ 亦有沉积到金属表面上去的趋向，即 Fe 2+ +2e - →Fe（沉积，还原反应）。随着金属表面负电荷增多，溶液中Fe 2+ 返回金属表面的速度逐渐增加，最后这两种相反的过程达到 动态平衡 。
对于 化学 性能比较活泼的金属（如铁），其表面带负电，溶液带正电，形成一层极薄的 双电层 ，金属愈活泼，这种倾向愈大。若金属离子在金属上的能级比在溶液中的低，即金属离子存在于金属 晶体 中比在溶液中更稳定，例如，把铜（Cu）放在CuSO₄溶液中，则铜表面带正电，靠近金属铜表面的溶液薄层带负电，也形成了双电层，金属愈不活泼，这种倾向也愈大。
在给定溶液中建立起来的双电层，除了受 静电 作用外，由于离子的热运动，其构造并不像 电容器 那样生成紧密的双带电层，而是使双电层的离子层获得了分散的构造，只有在界面上极薄的一层，具有较大的 电压 ，由于双电层的存在，在正、负电层之间，即金属和 电解液 之间形成电位差。金属和其 盐溶液 之间所产生的 电势 差称为金属的 电极 电位，或平衡电极电位。
电极的极化
上述平衡电极电位发生在电极中没有电流通过的时候。当有电流通过时，电极的平衡状态遭到破坏，使 阳极 电位正向移动（代数值增大）、 阴极 电位负向移动（代数值减小）。这种现象称电极极化，极化后的电极电位与平衡电位的差值称为超电位。
金属的钝化和活化
电化学反应过程中，阳极表面形成了一层紧密的极薄的 覆盖层 或氧的 吸附 层，使电流通过困难，引起阳极电位正移，反应减慢，称之为钝化现象。由于钝化主要是产生在阳极表面上，因此在利用阳极溶解原理的 电化学加工 过程中，若阳极溶解过程缓慢，则会影响 生产率 。
使金属钝化膜破坏的过程称为活化。活化方法很多，例如将 电解液 加热，通入还原性气体或某些活性离子，采用机械办法破坏钝化膜等。
生物电化学
生物电化学是电化学、 生物化学 和 生理学 等多门学科的交叉学科，它应用电化学的基本原理和实验方法，在生物体和有机组织的整体以及分子和 细胞 两个不同水平上研究或模拟研究电荷在生物体系中的分布、传输和转移的规律。
伽伐尼（Galvani ） 发现，铁制解剖刀能使铜盘里的蛙腿肌肉抽缩， 表明动物的机体组织与电之间存在着相互作用。 一切生物体，无论是处于静止状态还是活动状态都存在电现象，即生物电现象。例如，肌电、心电、脑电等都属于生物电现象。
生命现象最基本的过程是电荷运动，生物电流源于细胞膜内外两侧的 电压 （ 生物膜 电势），生物体的代谢以及各种生理现象都伴随电流和电势的产生及变化。 一般生物细胞膜内的K + 浓度远大于细胞膜外的K + 浓度，而Na + 浓度小于细胞膜外Na + 浓度。细胞膜内、外浓度差的存在，导致K + 由浓度高的膜内向浓度低的膜外扩散，Na + 由膜外向膜内扩散；而膜内带负电荷的 蛋白质 大分子不能通过细胞膜，使膜内带有净的负电荷，膜外带有净的正电荷。膜内、外形成的电势差即膜电势。膜电势的大小由膜内、外两侧K + 的起始浓度差的大小决定。细胞内、外液体组成的电池可表示为
应用领域
电化学广泛应用于化工、冶金、机械、 电子 、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、环保等各 工程技术 领域之中，主要的实际应用大致分为以下几方面。
化学电源
在日常生活中，大至汽车的发动、 轮船 的航行与飞船的飞行，小到钟表的走动，都需要化学电源。 化学电源是把 化学能 转换成电能的装置，也就是通常所说的电池，例如 锌锰电池 、铅酸 汽车电瓶 、镉 蓄电池、氢镍蓄电池、金属 锂电池 、 锂离子电池 、燃料电池、空气电池、 液流电池 ，以及介于传统 静电 电容和电池之间的新型的储能器件电化学超级 电容器 等。 在许多微系统中，电源的重量占了整个体系重量的1/5～1/4。例如， 微型飞机 总质量为一百克左右，而其电源质量就高达二十余克。
燃料电池的发电效率高，电化学能量转换的综合效率可达80％。电化学超级 电容器 由于其容量密度极大，从而适合工作于要求瞬间释放超大电流的场合，如可用作电池补充的功率源。
金属腐蚀与防护
金属表面由于外界介质的 化学 或电化学作用而造成的变质及损坏现象或过程称为腐蚀。 将金属置于大气中，在金属表面就会形成一层肉眼看不见的很薄的液膜。液膜中可溶解 酸性气体 如CO 2 、SO 2 、NO 2 等（与 空气污染 有关），成为 电解质 溶液。大多数金属（除贵金属外）在这样的条件下，就自发地以金属离子的形式溶入液膜，金属中剩余的 电子 则将H + 还原为H 2 ，这样在金属表面就形成了腐蚀微电池，使腐蚀过程继续发生。
电化学保护是对金属施加外电压，使其 电位移 向免蚀区或钝化区以减小或防止腐蚀的方法。其只适用于电化学腐蚀情况，按作用原理可分为阴极保护和阳极保护。 阴极 保护的作用原理是通过对被保护结构物施加阴极电流使其 阳极 腐蚀溶解速度降至最低。
阳极保护是将被保护设备与外加直流电源的正极相连。在一定的 电解质 溶液 中将 金属进行阳极 极化 至一定的 电势 ，如果在此电位下金属处于钝态并维持其钝态，则阳极溶解过程受到抑制，从而使金属的腐蚀 速率 显著降低，这样设备就得到了保护。金属发生 钝化 的实质是其表面形成了 氧化物 固体膜或 吸附 膜，阻碍了阳极溶解过程的正常进行。
电解
利用电解可 冶炼 、精炼金属，制备 无机化合物 、 有机化合物 等化工产品。 电解冶金是通过 电解 法使金属离子在 阴极 还原析出，按其过程的目的及特点，可分为电解提取和电解精炼。电解提取时采用不溶性 阳极 ，使 电解液 中的金属离子在阴极还原，制得纯金属。电解精炼则采用以其他方法炼制的粗金属作为阳极进行电解，通过选择性的阳极溶解及阴极沉积，达到分离杂质和提纯金属的目的。
电解加工是在高 电流密度 下，于流动的电解液中，以被加工的金属工件作为阳极，利用阳极溶解原理进行 金属加工 方法。 电解 加工以其加工速度快、表面质量好、凡金属都能加工而且不怕材料硬、韧等优点，特别适用于形状复杂的零件和 钨钢 材料的加工，广泛用于 航空工业 、 军事工业 、发电设备业加工各种叶片、 叶轮 、模具和其他零件。
表面处理及精饰
表面处理工艺包括各种 电镀 、化学镀、电铸、 阳极氧化 、 电泳 涂漆等，目的是在 基体 材料表面上形成一层具有特定功能的表层。 电镀是利用 电解 的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。为了节约金属，减轻产品重量和 降低成本 ，越来越多地采用非金属，尤其是塑料来代替金属。 表面处理能为基体提供各种耐蚀性、装饰性或功能性涂镀层，种类繁多、应用广泛。如在钢铁表面 镀锌 、镀镉、 镀锡 或镀锌合金可提高耐蚀性，枪炮管内的硬铬镀层具有耐磨性， 轴瓦 上的 铅锡合金 镀层具有减摩性， 转子发动机 内腔的铬镀层是抗高温氧化镀层， 机械零件 上的铜镀层能防止 基体 钢铁进行 热处理 时 渗碳 。在电子信息产业微型化过程中，芯片制作、微机电系统等的发展，都离不开 电镀 工艺。
用塑料代替金属可减轻产品重量和 降低成本 。塑料在电镀前一般需要经过除油、粗化、敏化、 活化 、 化学 沉积 金属膜 （化学镀镍、化学镀铜等）后，方能进行电镀。电镀后的塑料制品表面是金属，能够导电、导磁、焊接，而且力学性能、热稳定性和防老化能力等都有所提高。
电合成
电合成是指利用 电解 氧化（在 阳极 ）和电解还原（在 阴极 ）合成 无机化合物 或 有机化合物 的制备物质的方法。例如， 氯酸盐 、 高氯酸盐 、 高锰酸盐 、过硫酸盐等无机物就是无机电合成（电解氧化）的产品。有机电合成如 聚己二酰己二胺 原料已二腈（用 丙烯腈 为原料在铅阴极上电还原制造 己二腈 ）、塑料原料 三聚氰胺 、钙片主要成分 葡萄糖酸钙 的合成。
电化学分离
电化学法分离如应用于工业生产或 废水 处理中的 电渗析 法、电凝聚法、电气浮法、电氧化法、电还原法、电 吸附 法等分离技术。其一般会配合 离子交换 膜使用。电 化学 常用于解决环境污染问题，该方法治理废水一般无需添加化学药品，设备体积小，污泥量少，后处理极为简单，用电还原法处理重金属废水还可回收金属。 利用电化学手段分离溶液中的金属离子、 有机化合物 的方法，共分四类：
控制电位的
当溶液中存在两种或两种以上的金属离子时，如果它们的还原电位相近，则在 电解 时都会还原析出，达不到分离的目的。至于选择什么电位要看实验条件应用此法时，后被电解的离子的浓度不能超过先被电解的离子的浓度。
H + 在汞阴极上被还原时，有很大的超电压，所以在酸性溶液中可以分离掉一些容易被还原的金属离子，使一些重金属（如铜、铅、镉、锌）沉积在汞阴极上，形成 汞齐 ，同时保留少量不容易被还原的离子，如 碱金属 、 碱土金属 、铝、铁、镍、铬、钛、钒、钨、硅等。
内
在酸性溶液中，利用金属氧化-还原 电势 的不同，可以组成一个内 电解池 ，即不需要外加电压就可以进行 电解 。例如要从大量铅中分离微量铜，在 硫酸 溶液中Cu比Pb先还原，因此可将 铅板 作为一个 电极 ，与铂电极相连，组成一个内电解池，它产生一个自发的 电动势 ，来源于Pb的氧化和Cu的还原。这个电动势使反应能够进行，直到电流趋近于零时，内电解池就不再作用了。内电解可以分离出微量的容易还原的金属离子，缺点是电解进行缓慢，因此应用不广。
电渗析法
液体中的离子或荷电 质点 能在 电场 的影响下迁移。由于离子的性质不同，迁移的 速率 也不同，正负电荷移动的方向也不同。当在电池的两极加上一个直流电压时，可以把一些 有机化合物 的 混合物 分离。如临床实验中常用此法研究 蛋白质 ，将试样放在一个载器上，外加电场后，荷电质点沿着载器向电荷相反的 电极 迁移，因它们移动的速率不同而分离，一般能把 血清 蛋白分成五部分。改进实验技术可使浓缩斑点的宽度达到25微米左右，然后进行电渗析，可将血清蛋白分成二十个很清晰的部分。
电分析化学
电分析化学是利用物质的 电学 和电化学性质进行 表征 和测量的分析方法。 它是使待测对象组成一个电化学池，通过测量 电势 、电流、电量或电导等 物理量 ，实现对待测物质的组成及含量的分析。早期有库仑滴定法、电导滴定法、高频滴定法等。 也可以分为 电势 分析法、极谱和 伏安法 。 极谱法标志着电分析方法的发展进入了新的阶段，溶出伏安法、微电极伏安法等分析方法不但易于实现连续自动记录分析结果，而且还有利于对痕量物质的检测。
电化学发光免疫分析
电化学发光是指由 电场 诱导的化学发光过程。其中电化学发光免疫分析是以三联吡啶钌作为标记物，直接标记抗原或抗体，结合 抗原 抗体结合的特异性所建立的发光免疫分析。电化学发光免疫分析引入亲合素- 生物素 系统，将捕获抗体标记生物素分子，而固相磁性微球 包被 亲合素，亲合素与生物素结合将结合状态的标记物（免疫 配位化合物 ）固定在磁性微球表面。其采用连续流动洗涤微球的方式，与酶促化学发光和直接化学发光洗涤方式相比较，其洗涤效率更高。
生物电化学传感器
传感器 是指能感受特定的检测对象，并按照一定的规律转换成可输出的电信号、光信号或气体信号的器件或装置。电化学传感器是由识别系统即感应器和转换系统即 反激式变压器 组成。其表面的微结构可以提供许多的可以利用的势场，这样就可以使待测的物质进行有效的分离、富集，凭借控制 电极 电势 还能进一步提高选择性，并且可以把测定方法的灵敏性和表面物质化学反应的选择性相结合。
电化学 生物传感器 是指由 生物材料 作为敏感元件、电极作为转换元件，以 电势 、电流等为检测信号的传感器。根据敏感元件所用生物材料的不同，电化学生物传感器分为 酶电极 传感器、微生物电极传感器、电化学免疫 传感器 、组织电极与 细胞器 电极 传感器 、电化学 脱氧核糖核酸 传感器等。 其中酶电极传感器的研究和应用最为广泛。
以酶作为敏感元件的电化学生物传感器也称为酶电极，它具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、操作简便和价格低廉等优点。例如，葡萄糖 生物传感器 （在 氧电极 表面采用 聚丙烯酰胺 凝胶 固定葡萄糖氧化酶）是临床 糖尿病 诊断和患者血糖水平监测的重要工具。
随着 生物技术 、生物材料科学及其他相关学科的不断发展和相互结合，生物电化学传感器不断得到发展和改进。如纳米生物传感器，它们被广泛应用于生理过程的模拟、跟踪，活体检测、在线分析， 生物芯片 及生物燃料电池等方面。
测试仪器
常用的测试 金属材料 电化学性质的仪器为 电化学工作站 ，其在电化学测试中占有重要地位，它将恒 电势 仪、恒电流仪和电化学交流 阻抗 分析仪有机地结合，既可以做3种基本功能的常规实验，也可以做基于这3种基本功能的程式化实验。
可采用电化学工作站进行的电化学测试包括电流分析法、差分脉冲安培法、差分脉冲 伏安法 、 循环伏安法 、常规脉冲伏安法、 方波 伏安法等。其特点主要包括：