快离子导体总结

1、快离子导体总结简介：快离子导体(fast ionic conductor)也称超离子导体，有时又叫做固体电 解质，有时又叫做固体电解质它区别于一般离子导体的最基本特征是在一定的温 度范围内具有能与液体电解质相比拟的离子电导率(0.01Q cm)和低的离子电导 激活能(E40eV)。多数快离子导体是无机化合物，也有不少有机材料是银，铜和氢离子的快离 子导体。用于基础研究的快离子导体多数是单晶体，但实际应用时常采用多晶体 材料，近来又开始了非晶态快离子导体的研究工作。发展历程：1834年M.法拉第首先观察到AgS中的离子传输现象。1935年发现AgI在147C 从低温相转变到高温相时，电导率增加了

2、四个数量级，这个相变是由一般离子导 体到快离子导体的相变。1961年合成了第一个室温快离子导体AgSI。1967年前 后相继发现了具有实用价值的快离子导体RbAgI和Na-AIO1978年又发现了室温 铜离子导体RbCu16ICl13。分类：快离子导体中运动离子的半径一般都比较小，研究得最多的是AgCu、Li、Na、F和O等的快离子导体。附表列出了一些有代表性的材料。按照材料由一般离子相到快离子相的相变行为，可以把快离子导体分为 三类：第一类：发生一级相变，相变时离子电导率有突变，典型代表是 AgI。第二类：以PbF为代表，相转变在相当宽的温度范围内完成，离子电导 率由一般离子态的值平滑地变到

3、快离子态的值。这种相变叫做法拉第相变， 相变时有比热容峰。第三类：在所研究的温度范围内未发现相变，电导率增加随温度升高按指 数式，Na-B -AIO就是一例。一些典型的快离子导体一些典型的快离子导体种 类化合物运动离子离子电导率 (Qfcmf)激活能 (eV)RbAg.IsAg+0.27(251)0.07阳离子RbiCuubClisCu*0.34(251)0.07Na-B - A1Q,Na*0.014 0.033(27X3)0.10导体Li“Zn(GeO),Li*0.125(30010)0.64HUO,PO,4HQH+4X10-)(2510)0.30阴离子p-PbF,F-ixio-4(icoi

4、c)0.45导体ZrOjYQQ0L0.12(10001C)0.80特性:快离子导体具有特殊的晶体结构，可以看成是由两个亚点阵所构成，一 个是不运动离子形成的刚性亚点阵，另一个是由运动离子构成的液态亚点阵。 刚性亚点阵必须满足三个条件：刚性亚点阵中能被运动离子占据的位置数 远远大于运动离子数。间隙位置之间的势垒必须足够低，以使运动离子能 通过热激活从一个间隙位置跃迁到近邻的位置。能被运动离子占据的位置 必须连成通道。这种通道可以是一维的，但最好是二维和三维的。-AgI具有典型的快离子导体结构，X射线结构分析表明I离子构成体 心立方点阵，而晶胞中的两个 Ag离子可以无序地分布在42个可能的间隙位

5、置上，这些位置连接成三维通道。应用前景：快离子导体的应用是多方面的，主要是在能源和固体离子器件方面。用 Na-B -AlO作电解质的钠-硫电池具有比铅酸电池高45倍的能量密度，它 既可用作车辆的动力源，也可作为贮能电池使用。用氧化错和其他快离子导 体制成的气体探测器，不仅可以控制汽车发动机和锅炉燃烧室的燃烧过程以 节约燃料和减少污染，而且还可以监测一些有害气体从而对环境保护作出贡 献。氧离子导体和氢离子导体都可用作燃料电池的电解质隔膜，从而使可燃 气体与氧气经电化学方法发生反应转变为电能。用快离子导体作成的固体电 池具有自放电小、贮存寿命长和抗振动等优点，已在心脏起搏器电子手表、计 算器和一些

6、军用设备上获得应用。近年来用快离子导体作成了超大容量电容 器、定时器、库仑计和电色显示器等固体离子器件，引起人们的极大兴趣。例如应用一：制成的代位固溶体高温陶瓷氧分压的氧浓差电池(氧含量探测器)。在以Y2O3稳定的氧化错管内外壁、 涂以铂层,构成内电极和外电极。内、外电极分别和铂引线相连接。整个电池在 800C左右的温度下工作。将已知氧含量的参比气体（通常是空气）和被测气体分 别导入内电极和外电极，通过测定该电池的电动势E,用下式即可算出被测气体的 氧分压：固体电解质式中R是气体常数8.314焦/（摩开）；T是绝对温度;F 是法拉第常数（96490库/摩）；p摘和p嫡分别代表高氧分压侧和低氧分压侧的氧分 压，这种氧浓差电池可连续测定各种气氛和烟道气体中的氧含量（例如，小到十 亿分之一的氧含量都可测出），用于检测气氛的氧化性及控制燃料燃烧过程 研究前景：快离子导体虽然是固体，但它的一个亚点阵却处于熔化状态（见液态亚 点阵），因此它又具有液体的某些特性，即具有固一液二重性。固体理论中 的某些传统概念和方法在这里都可能不完全适用，