Изследване на твърди електролити

Йониката на твърдото тяло като научна област, разположена в пресечната точка на физиката на твърдото тяло и химията, електрониката и електрохимията, кристалографията и неорганичната химия, материалознанието и енергетиката, получи широко признание през последните 10-15 години. В Съветския съюз изследванията на твърдите електролити започват през 60-те години на миналия век в Института по електрохимия, Уралския клон на Руската академия на науките, Екатеринбург (школа на академик С. В. Карпачев; професори В. Н. Чеботин, М. В. Перфилев и С. Ф. Палгуев), Санкт Петербургски държавен университет (проф. А. Н. Мурин), Московски държавен университет (работи на академик Ю. Е. А. Укше, доктор на химическите науки Н. Г. Букун), Институт по електрохимия, Москва (кандидат на техническите науки В. С. Боровков, доктор на химическите науки Ю. Я. Гуревич). През последните години във връзка с откриването на голям брой нови материали с висока йонна проводимост, създаването на макети на напълно твърди горивни клетки, нови теоретични подходи към изследването на явленията на аномално бърз йонен транспорт в кондензирани среди и използването на нови мощни експериментални техники, в света нараства интересът към суперйонните проводници и устройствата, базирани на тях. Електролитите са твърди вещества, в които електрическата проводимост се осъществява от движението на йони със същия знак - катиони или аниони. Йоните се придвижват до свободни позиции в структурата на островите, разделени от ниски потенции. бариери (0,1-0,5 eV). Броят на позициите, които проводящите йони могат да заемат, е много по-голям от броя на самите йони. В допълнение, тези позиции могат да се различават по степента на йонна заетост. Например в елементарна клетка

където А е константа, Т е абс. t-ra, Ea - енергия на активиране, k - константа на Болцман. Значение

Характеристики на поликристалнитвърди електролити

Cm/m (298K)
Електролитмобилен йонEa, eV
Ag+337 (423K)0,101а
RbAg4I5Ag+280,104
Ag6WO4I4Ag+4.20,248
(C5H5NH)Ag5I6Ag+21 (323K)0,198b
Cs2Ag3Br3I2Ag+0,10,38
Cu4RbCl3I2Cu+470,115
Na2O x 10Al2O3eNa+3.30,140
Na2O x 10Al2O3Na+0,50,148
Na3Zr2Si2Р012Na+14 (573K)0,246d
Na3SC2(PO4)3Na+19 (573K)0,144v
Na5DySi4O12Na+0,500,208
CsHSO4H+1.8 (435K)0,33гр
HUO2PO2 x 4H2O3H+0,320,32
H3PW12O40 x 19H2O3H+1.200,432
Cs3PW12O40 x 10H2O3H+1.60,223
Sb2O5 x 5,43H2O3H+0,750,16
0,75Li4GeO4 x 0,25Li3PO4Li+9.1 (573K)0,42
Sr0.8La0.2F2.2Ф-0,11 (573K)0,196
0,91ZrO2 x 0,09Sc2O3О 2-30 (1273K)0,43
(Bi2O3)0,8(SrO)0,2О 2-0,6 (773K)0,8

Протон-проводимите електролити са твърди - в основ. кристален твърд орг. и inorg. към-т и техните соли, в които прехвърлянето на Н се извършва или по протежение на мрежата от водородни връзки на молекули Н 2 О (механизъм на тунелен преход), или чрез преместване на хидроксониевия йон Н 3 О +(скачащ механизъм), или от молекули, адсорбирани. по границите на зърната поликристален. материал. Изключенията са безводни хидрогенсулфати и хидроселенати на алкални метали (например CsHSO 4 и CsHSeO 4 ), които придобиват висока йонна проводимост при температури над структурния фазов преход, когато броят на възможните места за локализиране на протони е два пъти по-голям от броя на самите протони. Притежават протонна проводимост и много други. полимерни структури. Повечето от Ag+-проводящите твърди електролити се получават или чрез отглеждане на единични кристали (

където T0 е идеалната температура на встъкляване на полимера, T е температурата на системата, B е константа.

В системата PEO-N 3 RO 4 се образува комплекс (PEO) H 3 RO 4 с n = 1.33, който има протонна проводимост от прибл. 10-3 S/m (298 K). В комплекса PEO-NH 4 HSO 4 анионите са практически неподвижни и протонът се транспортира от катиони