奇特的固體電解質

奇特的固體電解質第1頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四固體電解質概述固體電解質發(fā)展之路

固體電解質的應用固體電解質前景展望目錄：第2頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四1：什么是固體電解質？2：為什么具有高的電導率？3：與正、負離子同時導電的熔融的或溶液的電解質有什么不同？

第3頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四1：什么是固體電解質？中文名稱：固體電解質英文名稱：solidelectrolyte其他名稱：快離子導體(fastionicconductor)；超離子導體(superionicconductor)定義：完全或主要由離子遷移而導電的固態(tài)物質。按離子傳導的性質可分為陰離子導體、陽離子導體和混合離子導體。應用學科：材料科學技術（一級學科）；無機非金屬材料（二級學科）；陶瓷（三級學科）；先進陶瓷（四級學科）

第4頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四固體電解質分類(1)陽離子固體電解質陽離子固體電解質中，陽離子作為載流子占絕對優(yōu)勢。(2)陰離子固體電解質陰離子固體電解質中，陰離子作為載流子占絕對優(yōu)勢。

(3)混合型固體電解質混合型固體電解質中，陰離子和陽離子都具有不可忽視的導電性，第5頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四為什么具有高的電導率？它的離子(包括空位)電導率σ≥10-2ω-1cm-1；其次，活化能要小于0.5ev(ea≤0.5ev)數(shù)量級；再次，離子(包括其空位)的遷移數(shù)必須大于99％，即對離子是導體，對電子是絕緣體，否則，便屬于離子-電子混合導體。這樣離子遷移的密度非常大，高達1022cm-3，即其中大部分正離子都參加導電，其活化能約為在密堆積結構中形成一個點缺陷所需能量的1/10～1/5，這意味著導電離子很容易從一個晶格位置向鄰近的一個晶格位置運動，在微觀上具有可以允許導電離子在其中“自由”運動的通道。而參與導電的正離子，可以填充的位置數(shù)目比它本身的數(shù)目多得多，它們在這種剛性晶格的骨架中流動，呈“準液態(tài)”隨機的分布。第6頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四3：與正、負離子同時導電的熔融的或溶液的電解質有什么不同？

電解質是溶于水溶液中或在熔融狀態(tài)下就能夠導電（電解離成陽離子與陰離子）并產(chǎn)生化學變化的化合物。

固體電解質（導電性來源于晶格中離子的遷移）。第7頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四固體電解質發(fā)展之路1899年，能斯脫（W.H.Nernst）最早研究了ZrO2-Y2O3固溶體的導電性。1937年出現(xiàn)了用ZrO2基的固溶體組裝的高溫燃料電池。1957年基烏科拉（K.Kiuk-kola）和瓦格納（C.Wagner）成功地測定了一些金屬氧化物的生成自由焓1967年姚（Y.F.Y.Yao）和庫默爾（J.K.Kummer）發(fā)現(xiàn)了非化學計量比的Na2O與Al2O3的層狀復合氧化物Na2O·11Al2O3（又稱β-Al2O3）在室溫下具有高的電導率，。第8頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四固體電解質的應用電解質鉭電容

CAK45M型片式固體電解質鉭電容器

特點：電性能優(yōu)良穩(wěn)定、可靠性高、儲存穩(wěn)定性好、壽命長；適用于宇航、航天、航空、兵器、電子、船舶、通訊等領域有可靠性要求的軍用電子設備的直流或脈動電路。

第9頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四固體電解質的應用應用一：ZrO2固體電解質在冶金工程中的應用應用二：燃料電池和高能密度電池應用三：固體電解質電勢分析法(SEP)……第10頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四ZrO2固體電解質的工作原理用ZrO2固體電解質材料組成的定氧測頭己經(jīng)廣泛應用于冶金生產(chǎn)中。其基本原理是將具有氧離子傳導性能的ZrO2固體電解質制成濃差電池,測量待測體系中的氧活度[3]。將ZrO2固體電解質置于不同氧分壓之間,連接金屬電極時,在電解質和電極界面處將發(fā)生電極反應,分別建立起不同的平衡電極電位.第11頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四固體電解質前景展望固體電解質電池還廣泛用于高溫物理化學研究，如用來測定化合物的生成自由焓，溶解自由焓，用來測定氮、硫、氫的固體電解質電池也正在研究之中。固體電解質的研究和應用已成為60年代以來受到廣泛注意并獲得迅速發(fā)展的一門材料科學分支。在生產(chǎn)生活中，我們都能看見它大顯身手。第12頁，共14頁，2023年，2月20日，星期四陽極反應式:2O2--4e=O2陰極反應式:O2+4e=2O2-總電池反應為:O