固體電解質(zhì)電池及其應(yīng)用

1、第六章 固體電解質(zhì)電池及其應(yīng)用6.1 固體電解質(zhì)簡介6.2 固體電解質(zhì)工作原理6.3 固體電解質(zhì)的電子導(dǎo)電6.4 固體電解質(zhì)傳感器的類型6.5 固體電解質(zhì)電池的應(yīng)用6.1 固體電解質(zhì)簡介 導(dǎo)電體通?？煞譃閮纱箢?。第一類是金屬導(dǎo)體，依靠自由電子導(dǎo)電。當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體本身不發(fā)生任何化學(xué)變化。其電導(dǎo)率隨溫度升高而減小，稱之為第一類導(dǎo)體。另一類是電解質(zhì)導(dǎo)體或第二類導(dǎo)體，它們導(dǎo)電是依靠離子的運(yùn)動，因而導(dǎo)電時(shí)伴隨有物質(zhì)遷移，在相界面多有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，其電導(dǎo)率隨溫度升高而增大。通常，第二類導(dǎo)體多為電解質(zhì)溶液或熔融狀態(tài)的電解質(zhì)。一般在液態(tài)物質(zhì)中離子具有較大的遷移速度，在電場作用下，其定向運(yùn)動才足以形成可

2、察覺的電流。固體電解質(zhì)是離子遷移速度較高的固態(tài)物質(zhì)，因?yàn)槭枪腆w，具有一定的形狀和強(qiáng)度。對于多數(shù)固體電解質(zhì)而言，只有在較高溫度下，電導(dǎo)率才能達(dá)到10-6 Scm-1數(shù)量級，因此固體電解質(zhì)的電化學(xué)實(shí)際上是高溫電化學(xué)。對固體電解質(zhì)還要求在高溫下具有穩(wěn)定的化學(xué)和物理性能。 ZrO2具有很好的耐高溫性能以及化學(xué)穩(wěn)定性。它在常溫下是單斜晶系晶體，當(dāng)溫度升高到大約11500C時(shí)發(fā)生相變，成為正方晶系，同時(shí)產(chǎn)生大約9%（有資料介紹為7%）的體積收縮。溫度下降時(shí)相變又會逆轉(zhuǎn)。由于ZrO2晶形隨溫度變化，因此它也是是不穩(wěn)定的。 如果在ZrO2中加入一定數(shù)量陽離子半徑與Zr4+ 相近的氧化物，如CaO、MgO、Y2

3、O3、Sc2O3等，經(jīng)高溫煅燒后，它們與ZrO2形成置換式固溶體。摻雜后，ZrO2晶形將變?yōu)槲炇土⒎骄?，并且不再隨溫度變化，稱為穩(wěn)定的ZrO2。摻入CaO的ZrO2可記作ZrO2-CaO或ZrO2(CaO),其余類同。 由于加入的氧化物中，其離子與鋯離子的化合價(jià)不同 ，因而形成置換式固溶體時(shí)，為了保證晶體的電中性，晶格中將產(chǎn)生氧離子的空位，如圖6-3所示。圖6-3 摻入CaO后，ZrO2晶格中產(chǎn)生氧離子空位示意圖氧離子空位置換作用可用下列反應(yīng)式表示： 這里的(CaO)、(MgO)和(Y2O3)，分別表示發(fā)生置換反應(yīng)前的氧化鈣、氧化鎂和氧化釔。 表示晶格上空出的氧離子空位，該位置原為負(fù)二價(jià)的

4、氧離子所占據(jù)。因此相對于原來的情況，成為空位后帶2個(gè)正電荷。 、 和 表示占據(jù)了晶格原是鋯離子位置的雜質(zhì)離子。 2 )(ZrOVCaCaOOZr2 )(ZrOVMgMgOOZr2 322)(ZrOVYOYOZr OVZrCaZrMgZrY 把固體電解質(zhì)（如ZrO2-CaO）置于不同氧分壓之間（ ），連接金屬電極時(shí)（如圖6-4所示），在電解質(zhì)與金屬電極界面將發(fā)生電極反應(yīng)，并分別建立起不同的平衡電極電位。顯然，由它們構(gòu)成的電池，其電動勢E的大小與電解質(zhì)兩側(cè)的氧分壓直接相關(guān)。6.2 氧化物固體電解質(zhì)電池的工作原理)()(2222IOIIOpOpO6.2 氧化物固體電解質(zhì)電池的工作原理圖6-4 氧濃差

5、電池工作原理示意圖6.2 工作原理 考慮下述可逆過程，高氧分壓端的電極反應(yīng)為 （6-1） 氣相中的1個(gè)氧分子奪取電極上的4個(gè)電子，成為2個(gè)氧離子并進(jìn)入晶體。該電極失去4個(gè)電子，因而帶正電，是正極。氧離子在氧化學(xué)位差的推動下，克服電場力，通過氧離子空位到達(dá)低氧分壓端，并發(fā)生下述電極反應(yīng) （6-2） 晶格中的氧離子失去4個(gè)電子，變成氧分子并進(jìn)入氣相。此時(shí)電極因而帶負(fù)電，是負(fù)極。 2224)(2OepOIIOepOOIO4)(2222 式（6-1）與式（6-2）相加，得電池的總反應(yīng)為相當(dāng)于氧從高氧分運(yùn)端向低氧分壓端遷移，反應(yīng)的自由能變化為 （6-3） 由熱力學(xué)得知，恒溫垣壓下體系自由能的降低，等于體

6、系對外所做的最大有用功，即 （6-4） 這里，體系對外所做的有用功為電功，電功等于所遷移的電量與電位差的乘積。)()(2222IOIIOpOpO)/ln()ln(ln222222IOIIOIIOOIOOppRTpRTGpRTGGwG 當(dāng)有1 mol氧通過電解質(zhì)時(shí)，所攜帶的電量為4F（F=96500 C/mol，為法拉第常數(shù)），因此所做的電功為 （6-5）合并式（6-4）及式（6-5）兩式，得 （6-6）由式（6-3）和式（6-6）可得 （6-7）式中：T熱力學(xué)溫度； R摩爾氣體常數(shù)，8.314J/(molK)； F法拉第常數(shù)，96500 0C mol-1。此即電動勢與固體電解質(zhì)兩側(cè)界面上氧分壓

7、的關(guān)系，稱Nernst公式。FEw4FEG4IOIIOppFRTE22ln4應(yīng)該注意的是，上述的討論都是以可逆過程熱力學(xué)為基礎(chǔ)，對可逆過程而言的，因此所討論的原電池應(yīng)該具備下列條件： （1）在各相和相界面上都始終保持著熱力學(xué)平衡。 （2）在各相中不存在任何物質(zhì)的濃度梯度，即不存在任何的不可逆擴(kuò)散過程。 （3）離子的遷移數(shù)等于1。例題： 應(yīng)用固體電解質(zhì)氧濃度差電池(Pt)|OFe|ZrO2-CaO|Cr2O3,Cr(Pt),在1873K電池的電動勢為E=20mv.已知：1/3 Cr2O3=2/3Cr(s)+1/2O2 (1),設(shè)氧的溶解度服從亨利定律，求鋼液中的氧含量。10222101)/(88

8、. 2177150),2(2/1)/(56.85377310molJKTGOOmolJKTGFe首先寫出電極反應(yīng)的反應(yīng)式。正極： 1/3 Cr2O3=2/3Cr(s)+1/2O2 1/2O2+2e=O-2即: 1/3 Cr2O3 +2e = 2/3Cr(s)+O2- 負(fù)極: O-2 = 1/2O2+2e, 1/2O2 =OFe,即:O2- = OFe +2e.電池反應(yīng): 1/3 Cr2O3 =2/3Cr(s)+OFe (3),其中: 可通過以下反應(yīng)求得:.)(%ln(033nFEOfRTGGO1Of03G1/3 Cr2O3=2/3Cr(s)+1/2O2(1),(1)+(2)得: 1/3 Cr2

9、O3=2/3Cr(s)+OFe (3),故ln%O= -2.464, 即%O=0.085101)/(56.85377310molJKTG。10222)/(88. 2177150),2(2/1molJKTGOOFe.02. 0965002ln%)/(44.8820016013molJORTKTG6.3 固體電解質(zhì)的電子導(dǎo)電 6.4.1 產(chǎn)生的原因 6.4.2電子導(dǎo)電對電動勢的影響6.4.1 產(chǎn)生的原因 在高溫低氧分壓下，晶格上的氧離子O0，可變成分子向氣相溢出，留下氧離子空位 和自由電子e： (6-9) 其平衡常數(shù)為： （6-10） 正常結(jié)點(diǎn)上氧離子濃度O0、氧離子空位濃度都很大，可看作常數(shù)。式

10、（6-10）變?yōu)椋?（6-11） 自由電子濃度與氧壓的1/4次方成反比，即氧壓越低，自由電子濃度越大。OV eVOOO22/120)()()(02/1212OPVeKOO4/112)(OPKe在高溫高氧分壓下，氣相中氧有奪取電子，占據(jù)氧空位的趨勢，并在電解質(zhì)中產(chǎn)生電子空穴（正空穴） (6-12)則 。即電子空穴的濃度與氧壓的1/4次方成正比，即氧壓越高，電子空穴濃度越大。 .222/1hOVOOO2/1222)(OOOPVhOK4/122)(OPKh 設(shè)電解質(zhì)中同時(shí)存在氧離子導(dǎo)電、電子導(dǎo)電和電子空穴導(dǎo)電，則總電導(dǎo)率為三者之和： 離子遷移數(shù)ti（離子電導(dǎo)率與總電導(dǎo)率之比）為： (6-13) ti

11、1。hei總.eeiiit 其中， e=(e)Fue (6-14) 式中，ue電子淌度(遷移率)，即單位電位梯度下的電子運(yùn)動速度。將（6-11）代入（6-14）得 e =KFue (6-15)在電子濃度不大時(shí)，電子淌度與電子濃度無關(guān)，是一個(gè)常數(shù)。(6-15)簡化為： e =K (6-16)4/12OP4/12OP可見，溫度越高（Ke）、氧壓越低，自由電子導(dǎo)電率越大。離子電導(dǎo)率可寫為 i=nF(VO) ui其中，n=2， ui =常數(shù)，所以，i=Ki為常數(shù)。 對一定固體電解質(zhì)，在一定溫度下，離子電導(dǎo)率為常數(shù)，而電子電導(dǎo)率隨壓力降低而增大。因此總會在某分壓下兩者相等（如圖6-6）。此時(shí)的氧分壓Pe

12、稱為電子導(dǎo)電特征氧分壓，與電解質(zhì)本性有關(guān)，是衡量電解質(zhì)的重要參數(shù)。 圖6-6 特征氧分壓示意圖圖6-7 在一定溫度下，電子電導(dǎo)率、離子電導(dǎo)率和氧分壓的關(guān)系 在特征氧分壓下，e (Pe)=KePe-1/4=i，則 Ke=i/ Pe-1/4。代入（6-15）得自由電子導(dǎo)電率為 e =i /Pe-1/4 (6-17)同理，電子空穴電導(dǎo)率為： h=i /Ph1/4 (6-18)將式(6-17)、(6-18)代入式(6-13)得離子遷移率與氧分壓的關(guān)系為 (6-19) 4/12Op4/12Op14/14/14/14/1221hOeOippppt6.2.2 電子導(dǎo)電對電動勢的影響把電解質(zhì)看成由三部分組成：

13、純離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體與電子空穴導(dǎo)體。置于 之間， ，則222OOOdpppdEtdEi測nFdpdpRTpdpRTpdppRTdGOOdpOOOOOO2222222201lnln即 ，所以 。22OOpdpnFRTdE 22OOipdpnFRTtdE測思考題：簡述固體電解質(zhì)自由電子導(dǎo)電和電子空穴導(dǎo)電的原因，如何預(yù)防？2.圖解說明特征氧分壓的概念 4/14/14/14/14/14/14/14/12222lnlnhIIOhIOeIOeIIOppppppppFRTE若壓力分別為 和 ，且電解質(zhì)為薄片組成，電勢之和為： 。將式（6-19）代入積分得iiOp2iOp2ippOOtpdpnFRTEIIOI

14、O2222 （6-20）式（6-20）即為混合導(dǎo)電時(shí)，電動勢與氧分壓及特征氧分壓間的關(guān)系。6.3 固體電解質(zhì)傳感器的類型 （特點(diǎn)和應(yīng)用）用固體電解質(zhì)構(gòu)成的傳感器可分為以下幾類：1、型傳感器電解質(zhì)的傳導(dǎo)離子就是待測物質(zhì)的離子；2、型傳感器傳導(dǎo)離子物質(zhì)不是待測物質(zhì)，但它們的反應(yīng)產(chǎn)物是固體電解質(zhì)中活度恒定的組元；3、型傳感器輔助電極型傳感器。利用外加輔助電極使待測物質(zhì)，與傳導(dǎo)離子物質(zhì)在電解質(zhì)界面建立一個(gè)局部熱力學(xué)平衡，通過這一局部平衡，由電池電動勢計(jì)算待測物質(zhì)的濃度。 型傳感器實(shí)例1）各種工業(yè)窯爐爐氣分析。如連續(xù)測定鍋爐、加熱爐等廢氣中的氧含量、連續(xù)測定熱處理爐等爐氣的氧分壓。型傳感器實(shí)例SO2和

15、SO3探測器這個(gè)體系的特點(diǎn)是：AgO在高溫下不穩(wěn)定，而在一定條件下，Ag可與Ag2SO4共存。換言之，在一定的溫度和氧分壓下，因存在反應(yīng)： Ag2SO4 = 2Ag + SO2 + O2和 Ag2SO4 = 2Ag + SO3 + 1/2O2Ag /Ag2SO4混合物能提供一個(gè)固定的SO2/SO3分壓。然而，由于體系存在金屬Ag，具有很好的電子導(dǎo)電性能，因此，不適宜用作固體電解質(zhì)，但卻是最佳的參比電極候選體系。 電池可表示為：(+) Au | Pt, SO2, SO3, O2 | Li2SO4(x=0.77)-Ag2SO4 | (Ag2SO4)(固溶體中), Ag | Au(-)。電極反應(yīng)與電

16、池反應(yīng)為： 負(fù)極反應(yīng)(-) Li2SO4 + 2Ag = 2Li+ + (Ag2SO4)+2e 正極反應(yīng)(+) SO3 + 1/2O2 + 2Li+ +2e = Li2SO4電池反應(yīng)：SO3 + 1/2O2 +2Ag = (Ag2SO4)。 型傳感器實(shí)例鋼液定硅傳感器電池可表示為：(+)Mo | Mo + MoO2 | ZrO2(MgO) | ZrO2 +ZrSiO4 | SiFe | Mo(-)其中 (ZrO2 + ZrSiO4) 是點(diǎn)涂在固體電解質(zhì)管外的輔助電極材料。負(fù)極：2O2- + Si = (SiO2) ZrSiO4 + 4e，正極：MoO2 + 4e = Mo(s) + 2O2-。

17、電池反應(yīng)為：MoO2 + Si = (SiO2) ZrSiO4 + Mo(s)。因電解質(zhì)表面存在輔助電極，在固體電解質(zhì)、輔助電極材料和鐵水的三相界面處存在反應(yīng)： ZrO2 + (SiO2)ZrSiO4 =ZrSiO4，總的反應(yīng)為：MoO2 + ZrO2 + Si = ZrSiO4 + Mo(s)。 ， 電池電動勢： 。 01lnSiaRTGG0ln4SiaFRTEE思考題：舉例說明三類傳感器的應(yīng)用6.5 固體電解質(zhì)電池的應(yīng)用1、定氧電池。 電解質(zhì)ZrO2-CaO片封焊在石英管端，一次性測頭。ZrO2-MgO適用于更低氧含量。參比電極是Mo/MoO2或Cr/Cr2O3。參比極引線用鉬絲、與鋼液接

18、觸的回路電極可用鉬棒。 Mo|OFe|ZrO2-CaO|Mo,MoO2|Mo (1)或Mo|Cr,Cr2O3|ZrO2-CaO|OFe|Mo (2)例題回顧對于電池（1），正極：負(fù)極： ，電池反應(yīng)：MoO2 = Mo + O。Mo + O2 = MoO2，G0=-126700+34.18T，O2=OFe，G0=-56000-1.38T。則：logOFe=-(7725+10.08E)/T+3.885。 對于電池（2），4/3Cr+O2=2/3Cr2O3，G0=-180360+40.90T，則：logOFe=-(13580-10.08E)/T+4.62。 eOOOOeOO4 22 24222222

19、22222224OMoMoOOMoMoOOeO固體電解質(zhì)電池的其它應(yīng)用1、測氮，AlN電解質(zhì)。Ir|Al,AlN|AlN|NFe|Fe。鉑銠與鋁生成液相合金。正極：N =1/2N2，1/2N2+2e=N2-。負(fù)極：N2-=1/2N2+2e，1/2N2+Al(l)=AlN。電池反應(yīng)：Al(l)+N=AlN， G0=G0AlN-G0N=-78560+20.37T，G=G0+RTln(1/fN%N)=-nEF。設(shè)fN=1，E=(mV)=67.3+126.9logppmN。1600 ，Ir-Fe熱電勢=-2mV。氮?dú)夥铡?2.測硫，CaS電解質(zhì)。Cu,Cu2S|CaS-Y2O3|Fe,FeS，CaS高

20、溫空氣中不穩(wěn)定，不能測鋼中硫。 3.測氟，單晶CaFCaF2 2電解質(zhì)，也可以測氧或硫。測氧電池：Ni,NiO,CaO|CaF2|CaO,Cu,Cu2O，正極：F2+2e=2F-，CaF2=Ca+F2，Ca+1/2O2=CaO，Cu2O=2Cu+1/2O2：Cu2O+CaF2+2e=CaO+2Cu+2F-。負(fù)極：2F-=F2+2e，F(xiàn)2+Ca=CaF2，CaO=Ca+1/2O2，1/2O2+Ni=NiO：2F-+CaO+Ni=NiO +CaF2+2e。電池反應(yīng)：Cu2O+Ni=NiO+2Cu。1/2O2+CaF2=CaO+F2，K=PF2/PO2，E = (RT/2F) ln (PF2II/P

21、F2I)，或E=(RT/4F)ln(PO2II/PO2I)。與Ni,NiO|ZrO2-CaO|Cu,Cu2O結(jié)果重復(fù)的很好。 測硫需在電極中摻入第三相CaS：A,AxS,CaS|CaF2|CaS，B,ByS。正極：F2+2e=2F-，CaF2=Ca+F2，Ca+1/2S2=CaS，ByS=By+1/2S2：CaF2+ByS+2e=yB+CaS+2F-。負(fù)極：2F-=F2+2e，F(xiàn)2+Ca=CaF2，CaS=Ca+1/2S2，1/2S2+xA=AxS：CaS+2F-+xA=AxS+CaF2+2e。電池反應(yīng)：ByS+xA=yB+AxS。硫一定，氟一定。1000使用，否則蒸發(fā)或固溶。例：CaF2單晶

22、電解質(zhì)是氟離子導(dǎo)電，也可以測定氧或硫的分壓，原因是什么。舉例說明。 對于測硫，以電池：Au,Ag,Ag2S,CaS|CaF2|CaS,MnS,Mn|Au為例：正極反應(yīng)：F2+2e=2F-，2F-+CaS=CaF2+1/2S2 (1), 1/2S2+Mn=MnS, 即：F2+CaS+Mn+2e=CaF2+MnS。負(fù)極反應(yīng)：CaF2+1/2S2=CaS+2F- (2)，2F-=F2+2e, Ag2S=2Ag+1/2S2, 即：CaF2+Ag2S=2Ag+CaS+F2+2e (2)。電池總反應(yīng)：Ag2S+Mn=MnS+2Ag。由于存在(1)、(2)兩個(gè)反應(yīng)，它們處于同時(shí)平衡，PS2與PF2有確定的關(guān)

23、系。 同理，以Pt|Ni,NiO,CaO|CaF2|CaO,Cu,Cu2O|Pt為例：正極反應(yīng)：F2+2e=2F-, 2F-+CaO=CaF2+1/2O2, 1/2O2+Ni=NiO, 即：F2+2e+CaO+Ni=NiO+CaF2 (1)。負(fù)極反應(yīng)：CaF2=Ca+2F-, 2F-=F2+2e, Ca+1/2O2+CaO, Cu2O=2Cu+1/2O2, 即：CaF2+Cu2O=2Cu+CaO+F2+2e (2)。電池總反應(yīng)：Cu2O+Ni=NiO+2Cu。由于存在(1)、(2)兩個(gè)反應(yīng)，它們處于同時(shí)平衡，PO2與PF2有確定的關(guān)系。 11、化合物標(biāo)準(zhǔn)生成自由能。 1) 氧化物和復(fù)合氧化物。

24、 簡單氧化物：Pt|Ma,MaO|ZrO2-CaO|Mx,MxO|Pt。正極：MxO=Mx+1/2O2，1/2O2+2e=O2-。負(fù)極：O2-=1/2O2+2e，1/2O2+Ma=MaO。電池總反應(yīng)：MxO+Ma=MaO+Mx。G=G0=G0MaO-G0MxO=-2EF。所以 G0MxO=G0MaO+2FE。 例：測氧化銅的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能。Pt|Ni,NiO| ZrO2-CaO|Cu,Cu2O|Pt。電解質(zhì)管狀或片狀，片狀封接在石英管或氧化鋁管端頭。參比極混合物與鉑絲一起與電解質(zhì)一側(cè)緊密接觸，待測極混合物及鉑絲與另一側(cè)緊密接觸。分別壓緊、搗實(shí)，開口端用氧化鋁粘接劑密封。為改善電解質(zhì)與鉑 絲 的

25、 接 觸 ， 可 將 鉑 片 焊 在 鉑 絲 上 。 電 池 反 應(yīng) ：Cu2O+Ni=NiO+2Cu。自由能變化：G=G0=G0NiO-G0Cu2O= -2EF。所以 G0Cu2O=G0NiO+2FE。復(fù)合氧化物。在設(shè)計(jì)被測極時(shí)，必須根據(jù)相圖、相律確定被測極由哪幾相組成（平衡共存）。為設(shè)計(jì)成可逆電池，電解質(zhì)與電極界面上的氧分壓應(yīng)僅是溫度的函數(shù)，自由度為F=1，或=K+1。即電極系統(tǒng)的相數(shù)等于組分?jǐn)?shù)加1。由于氣相（氧）總是存在的，所以固體相數(shù)應(yīng)等于組分?jǐn)?shù)。因此，測二元化合物時(shí)電極必須有兩個(gè)固相，三元三個(gè)。 例 Pt|Fe,TiO2,FeTiO3|ZrO2-CaO|Ni,NiO|Pt (a) P

26、t|Fe,FeTiO3,Fe2TiO4|ZrO2-CaO|Ni,NiO|Pt (b)。對于電池（a）。正極：NiO=Ni+1/2O2，1/2O2+2e=O2-。負(fù)極：O2-=1/2O2+2e，1/2O2+Fe+TiO2=FeTiO3。電池總反應(yīng)：NiO+Fe+TiO2=FeTiO3+Ni(a)。G(a)=G0FeTiO3-G0NiO-G0TiO2=-2EF(a)。所以 G0FeTiO3=G0NiO+G0TiO2-2FE(a)。對于電池（b）。正極：NiO=Ni+1/2O2，1/2O2+2e=O2-。負(fù)極：O2-=1/2O2+2e，1/2O2+Fe+FeTiO3=Fe2TiO4。電池總反應(yīng)：Ni

27、O+Fe+FeTiO3=Fe2TiO4+Ni(b)。G(b)=G0Fe2TiO4-G0NiO-G0FeTiO3=-2EF(b)。所以 G0Fe2TiO4=G0NiO+G0FeTiO3-2FE(b)。2.硫化物CaS電解質(zhì)高溫穩(wěn)定性差，適用硫分壓范圍及溫度范圍很窄，應(yīng)用受到限制。 因此，可用氧化物電解質(zhì)測定硫化物和硫酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能。例1測定G0MnS電池：Pt|SO2(1atm),MnO,MnS|ZrO2-CaO|O2(空氣)|Pt。正極：3/2O2(空氣)+6e=3O2-。負(fù)極：3O2-+MnS=MnO+SO2（1atm）+6e。電池總反應(yīng)：3/2O2(空氣)+MnS= MnO+SO2(

28、1atm)。G=G0+RTln(PSO2(1atm)/PO2(空氣)3/2)=-6EF。所以G0MnS=G0MnO+G0SO2-(3/2)RTlnPO2(空氣)+6FE。 例2測定G0NiSO4電池：Pt|SO2(1atm),NiO,NiSO4|ZrO2-CaO|O2(空氣)|Pt。正極：1/2O2(空氣)+2e=O2-。負(fù)極：O2-+SO2+NiO=NiSO4+2e。電池總反應(yīng)：1/2O2(空氣)+SO2(1atm)+NiO=NiSO4。G=G0+RTln(1/PSO2(1atm)/PO2(空氣)1/2)=-2EF。所以G0NiSO4=G0NiO+G0SO2-(1/2)RTlnPO2(空氣)

29、-2FE。 第12章 科技英語論文寫作12.1 科技論文的基本結(jié)構(gòu)科技論文一般應(yīng)包含以下5個(gè)部分： 1.緒論（引言、導(dǎo)論）部分：含課題的背景、文獻(xiàn)回顧、問題的提出、研究的目的和意義及本論文的實(shí)施方法簡介。2.試驗(yàn)原理（理論分析）部分：含課題的基本原理、基本依據(jù)或理論基礎(chǔ)。3.試驗(yàn)與方法部分：含試驗(yàn)原材料（量及純度）、儀器設(shè)備試驗(yàn)條件及步驟。4.結(jié)果與討論部分：試驗(yàn)結(jié)果可以用表的方式列出條件與結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系，也可以用圖來表示它們之間的關(guān)系。分析討論條件對結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與同行的比較，誤差來源分析等。5.結(jié)論部分：結(jié)論是對試驗(yàn)結(jié)果的高度概括，要求簡練明確?？闪谐?、2、3 一般來說，學(xué)士論文的

30、字?jǐn)?shù)3萬字左右為宜。緒論占全文的1/51/4。摘點(diǎn)。要400字左右并譯為英文。12.2 背景材料與文獻(xiàn)回顧12.3基本內(nèi)容及組織形式研究論文的導(dǎo)論常常至少包含下列四個(gè)基本步驟： 步驟一，背景資料。導(dǎo)論一開始，先介紹作者的研究領(lǐng)域，敘述有關(guān)該研究領(lǐng)域的一般信息，并針對研究論文將要探討的問題或現(xiàn)象提供背景知識。 步驟二，文獻(xiàn)回顧。介紹并評論其他學(xué)者對該問題或現(xiàn)象曾經(jīng)發(fā)表的相關(guān)研究。步驟三，指出問題。作者指出仍然有某個(gè)問題或現(xiàn)象值得進(jìn)一步研究。 步驟四，介紹作者的研究目的或研究活動。最后，作者說明自己研究工作的具體目的，敘述自己的研究活動。 步驟五，指出本研究工作的理論價(jià)值或應(yīng)用價(jià)值。 步驟六，說明

31、本研究論文的組織結(jié)構(gòu)。 12.4 理論分析部分12.5 實(shí)驗(yàn)與方法部分 在研究論文的實(shí)驗(yàn)與方法部分中，作者必須清楚、詳細(xì)地描述實(shí)驗(yàn)方法及程序。其基本內(nèi)容應(yīng)該包含下列項(xiàng)目： 對于所采用的材料、儀器儀表、設(shè)備及測試系統(tǒng)所作的詳細(xì)介紹。 對于實(shí)驗(yàn)程序所作的清楚說明。 若有必要，基本內(nèi)容還可以包含以下資料： 對整個(gè)實(shí)驗(yàn)的概述。 選用特定材料、設(shè)備或方法的理由。特定材料包括：試劑、酶、催化劑、生物體等。 實(shí)驗(yàn)的特殊條件或工作情況，如特殊的溫度、速度或壓力范圍，特殊的高電壓或大電流，紫外線輻射等。 特殊實(shí)驗(yàn)設(shè)備或方法的詳細(xì)介紹。若采用的是標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備或方法，則作簡略介紹。 應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)、分析方法的描述。 1

32、2.6 結(jié)果部分一般而言，結(jié)果部分的內(nèi)容包含下列三個(gè)主要項(xiàng)目： 介紹研究結(jié)果，往往以圖或表的形式給出。 概述最重要的研究結(jié)果。 對研究結(jié)果作出評論或概括由這些結(jié)果得到的推論。 12.7 討論部分 在撰寫討論部分時(shí)，作者通常首先闡述自己的研究工作，并指出具體的研究結(jié)果。然后討論自己的研究結(jié)果的內(nèi)涵，以及這些研究結(jié)果對自己領(lǐng)域內(nèi)的研究工作有無重要性與貢獻(xiàn)。典型的討論部分通常由以下六個(gè)項(xiàng)目構(gòu)成： 研究目的，再次概述自己研究的主要目的或假設(shè)。 研究結(jié)果，簡述最重要的結(jié)果，并指出這些結(jié)果能否支持原先的假設(shè)或是否與其他研究者的結(jié)果相互一致。有時(shí)還會再次強(qiáng)調(diào)個(gè)別的重要結(jié)果。 對結(jié)果的說明，對自己的研究結(jié)果提

33、出說明、解釋或猜測。 推論或結(jié)論，指出依據(jù)自己的研究結(jié)果所得出的結(jié)論或推論。 研究方法或結(jié)果的限制，指出自己研究的限制以及這些限制對研究結(jié)果可能產(chǎn)生的影響。 研究結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用或建議新的研究題目，指出自己研究結(jié)果可能的實(shí)際應(yīng)用及其價(jià)值，對進(jìn)一步的研究方向或新的課題提出建議。 從原則上講，研究論文的討論部分應(yīng)該包含上述完整的六個(gè)項(xiàng)目。事實(shí)上，也有不少作者并沒有完全按照上面六個(gè)項(xiàng)目的排列順序，而是靈活地將上述項(xiàng)目、及分散到各個(gè)段落中重復(fù)進(jìn)行，還有些研究論文會省略其中的一、兩個(gè)項(xiàng)目。 從本質(zhì)上講，摘要是一份極為簡略、濃縮的研究報(bào)告，所以摘要的結(jié)構(gòu)和眼界論文本身的結(jié)構(gòu)是相對的。摘要應(yīng)包括下列項(xiàng)目： 研

34、究背景，這項(xiàng)目可有可無，尤其當(dāng)作者認(rèn)為摘要可能會過長時(shí)，這項(xiàng)目常被省略。 研究目的和研究題目。 研究方法，有時(shí)作者會把和項(xiàng)目合并在一個(gè)句子里。 發(fā)現(xiàn)或結(jié)果。 主要結(jié)論和推論。 12.9 摘要 陳述研究的主要結(jié)論，包括簡略地重復(fù)最重要的發(fā)現(xiàn)或結(jié)果，指出這些發(fā)現(xiàn)或結(jié)論的重要內(nèi)涵，對發(fā)現(xiàn)或結(jié)果提出可能的說明。 本研究結(jié)果可能的應(yīng)用前景以及進(jìn)一步深入的研究方向或具體課題（此項(xiàng)內(nèi)容可有可無）。 12.8 結(jié)論部分 論文的結(jié)論部分通常應(yīng)包含以下內(nèi)容： 概述主要的研究工作（此項(xiàng)內(nèi)容可有可無）。通常，第二類導(dǎo)體多為電解質(zhì)溶液或熔融狀態(tài)的電解質(zhì)。一般在液態(tài)物質(zhì)中離子具有較大的遷移速度，在電場作用下，其定向運(yùn)動才

35、足以形成可察覺的電流。固體電解質(zhì)是離子遷移速度較高的固態(tài)物質(zhì)，因?yàn)槭枪腆w，具有一定的形狀和強(qiáng)度。對于多數(shù)固體電解質(zhì)而言，只有在較高溫度下，電導(dǎo)率才能達(dá)到10-6 Scm-1數(shù)量級，因此固體電解質(zhì)的電化學(xué)實(shí)際上是高溫電化學(xué)。對固體電解質(zhì)還要求在高溫下具有穩(wěn)定的化學(xué)和物理性能。 由于加入的氧化物中，其離子與鋯離子的化合價(jià)不同 ，因而形成置換式固溶體時(shí)，為了保證晶體的電中性，晶格中將產(chǎn)生氧離子的空位，如圖6-3所示。圖6-3 摻入CaO后，ZrO2晶格中產(chǎn)生氧離子空位示意圖氧離子空位 把固體電解質(zhì)（如ZrO2-CaO）置于不同氧分壓之間（ ），連接金屬電極時(shí)（如圖6-4所示），在電解質(zhì)與金屬電極界面將發(fā)生電極反應(yīng)，并分別建立起不同的平衡電極電位。顯然，由它們構(gòu)成的電池，其電動勢E的大小與電解質(zhì)兩側(cè)的氧分壓直接相關(guān)。6.2 氧化物固體電解質(zhì)電池的工作原理)()(2222IOIIOpOpO 當(dāng)有1 mol氧通過電解質(zhì)時(shí)，所攜帶的電量為4F（F=96500 C/mol，為法拉第常數(shù)），因此所做的電功為 （6-5）合并式（6-4）及式（6-5）兩式，得 （6-6）由式（6-3）和式（6-6）可得 （6-7）式中：T熱力學(xué)溫度； R摩爾氣體常數(shù)，8.314J/(molK)； F法拉