奇特的固体电解质.ppt

奇特的固体电解质,组长：阮相政 组员：佘云飞、张洪涛、郑秀特、万明兵、茅玲燕,固体电解质概述,固体电解质发展之路,固体电解质的应用,固体电解质前景展望,目录：,1：什么是固体电解质？ 2：为什么具有高的电导率？ 3：与正、负离子同时导电的熔融的或溶液的电解质有什么不同？,1：什么是固体电解质？,中文名称： 固体电解质 英文名称： solid electrolyte 其他名称： 快离子导体(fast ionic conductor)；超离子导体(superionic conductor) 定义： 完全或主要由离子迁移而导电的固态物质。按离子传导的性质可分为阴离子导体、阳离子导体和混合离子导体。 应用学科： 材料科学技术（一级学科）；无机非金属材料（二级学科）；陶瓷（三级学科）；先进陶瓷（四级学科）,固体电解质分类,(1)阳离子固体电解质 阳离子固体电解质中，阳离子作为载流子占绝对优势。,(2)阴离子固体电解质 阴离子固体电解质中，阴离子作为载流子占绝对优势。,(3)混合型固体电解质 混合型固体电解质中，阴离子和阳离子都具有不可忽视的导电性，,为什么具有高的电导率？,它的离子(包括空位)电导率10-2-1cm-1；其次，活化能要小于0.5ev(ea0.5ev)数量级；再次，离子(包括其空位)的迁移数必须大于99，即对离子是导体，对电子是绝缘体，否则，便属于离子-电子混合导体。这样离子迁移的密度非常大，高达1022cm-3，即其中大部分正离子都参加导电，其活化能约为在密堆积结构中形成一个点缺陷所需能量的1/101/5，这意味着导电离子很容易从一个晶格位置向邻近的一个晶格位置运动，在微观上具有可以允许导电离子在其中“自由”运动的通道。而参与导电的正离子，可以填充的位置数目比它本身的数目多得多，它们在这种刚性晶格的骨架中流动，呈“准液态”随机的分布。,3：与正、负离子同时导电的熔融的或溶液的电解质有什么不同？,电解质是溶于水溶液中或在熔融状态下就能够导电（电解离成阳离子与阴离子）并产生化学变化的化合物。,固体电解质（导电性来源于晶格中离子的迁移）。,固体电解质发展之路,1899年 ，能斯脱（W.H.Nernst）最早研究了 ZrO2-Y2O3固溶体的导电性。 1937年出现了用ZrO2基的固溶体组装的高温燃料电池。 1957年基乌科拉（K.Kiuk-kola）和瓦格纳（C.Wagner）成功地测定了一些金属氧化物的生成自由焓 1967年姚（Y.F.Y.Yao）和库默尔（J.K.Kummer）发现了非化学计量比的Na2O与Al2O3的层状复合氧化物Na2O11Al2O3（又称-Al2O3）在室温下具有高的电导率，。,固体电解质的应用,电解质钽电容,CAK45M型片式固 体电解质钽电容器,特点：电性能优良稳定、 可靠性高、储存稳定性好、寿命长；适用于宇航、航天、航空、兵器、电子、船舶、通讯等领域有可靠性要求的军用电子设备的直流或脉动电路。,固体电解质的应用,应用一：ZrO2 固体电解质在冶金工程中的应用 应用二：燃料电池和高能密度电池 应用三：固体电解质电势分析法(SEP) ,ZrO2 固体电解质的工作原理 用ZrO2 固体电解质材料组成的定氧测头己经广泛应用于冶金生产中。其基本原理是将具有氧离子传导性能的ZrO2 固体电解质制成浓差电池, 测量待测体系中的氧活度 3 。将ZrO2 固体电解质置于不同氧分压之间, 连接金属电极时, 在电解质和电极界面处将发生电极反应, 分别建立起不同的平衡电极电位.,固体电解质前景展望,固体电解质电池还广泛用于高温物理化学研究，如用来测定化合物的生成自由焓，溶解自由焓，用来测定氮、硫、氢的固体电解质电池也正在研究之中。固体电解质的研究和应用已成为60年代以来受到广泛注意并获得迅速发展的一门材料科学分支。在生产生活中，我们都能看见它大显身手。,阳极反应式: 2O2- 4e = O2 阴极