基本介紹
- 中文名：固定式電解質系統
- 外文名：Stationary electrolyte system
- 特點：採用固體電解質
- 領域：電化學電池
概述,性質,反應,其他套用,
概述
這些物質或因其晶體中的點缺陷或因其特殊結構而為離子提供快速遷移的通道，在某些溫度下具有高的電導率（1～10-6S/cm）,故又稱為快離子導體。已經發現幾十種快離子導體材料，如鹵化物中的RbAg4I5、α-AgI是銀離子導體，氧化物中的ZrO2（摻雜CaO）、ThO2（摻雜Y2O3）是氧離子導體，β-Al2O3是鈉離子導體等。
性質
固態的離子導體。有些具有接近、甚至超過熔鹽的高的離子電導率和低的電導激活能，這些固體電解質常稱為快離子導體（Fast Ion Conductor，FIC）。它形成的原因是晶體中的非導電離子形成剛性骨架，晶格內部存在多於導電離子數的可占據位置，這些位置互相連通，形成一維隧道型、二維平面型或三維傳導型的離子擴散通道，導電離子在通道中可以自由移動。
反應
理化學研究中套用最廣的固體電解質是以氧化鋯為基體，摻雜以7～20mo1%的二價或三價氧化物（如CaO、MgO、Y2O3和其他稀土氧化物）燒結製成的代位固溶體高溫陶瓷。純ZrO2在常溫下是單斜晶型，加熱到1150℃會發生相變，轉變為四方晶型，同時體積收縮約7%。加入CaO並經高溫煅燒後，形成CaO與ZrO2的代位固溶體，ZrO2的晶型變為 CaF2型的立方晶體，且不隨溫度的變化而改變，從而改善其抗熱震性。另一方面，一個Ca2+置換一個Zr4+，為保持電中性就要出現一個O2-的空位。摻雜後的固溶體中有大量的氧離子空位。在高溫下，氧離子通過這些空位可以快速遷移，形成氧離子導電的固體電解質。1600℃時，摻雜15mo1%CaO的ZrO2的電導率約為1.0 S/cm，高於同溫度下高爐渣的電導率（0.24～0.82 S/cm）也大大高於25℃下1MKCl水溶液的電導率（0.1117 S/cm，25℃）。這種ZrO2高溫陶瓷具有高的熔點（2700℃）和極穩定的化學性質。在此固溶體中氧離子空位大量存在，因之氧離子的電導率比鈣離子和鋯離子的電導率約大1010倍，所以，由它作為電解質而組成的電化學電池的電極反應是氧的還原反應：O2（氣）+4e-→2O2- ；和氧離子的氧化反應：2O2-→O2（氣）+4e-。
