Elektrochemische Charakterisierung der elektronischen Leitung in polykristallinem Na-beta-Aluminiumoxid [article]

Stephanie Gollhofer, Universität Stuttgart, Universität Stuttgart
2003
Zur Charakterisierung der elektronischen Leitung in polykristallinem Na-beta-Al2O3 (NBA), einem Natriumionen leitenden Festelektrolyten, wurde der p-Elektronenleitungsparameter a+ mit Hilfe von Zellspannungsmessungen im Temperaturbereich zwischen 320 und 620 °C ermittelt. Hierfür wurden galvanische Zellen mit verschiedenen kommerziell hergestellten NBA-Festelektrolytmaterialien verwendet: (I) Pt, Au | CO2,O2,Na2CO3(Au) | NBA | FeNi48,Glas | Pt (II) Pt, Au | CO2,O2,Na2CO3(Au) | NBA |
more » ... SiO2, O2 | Au, Pt. Die Bestimmung von a+ aus den experimentellen Daten erfolgte nach zwei voneinander unabhängigen Varianten. Für die hierfür erforderliche experimentelle Ermittlung der Na-Aktivität der Referenzelektroden (RE) wurden die Zellen (III) Pt,Au | CO2,O2,Na2CO3(Au) | NBA,Au | YSZ | NBA,Au | FeNi48,Glas | Pt (IV) Pt,Au | CO2,O2,Na2CO3(Au) | NBA,Au | YSZ | NBA,Au | NaSi1,2O2,9,SiO2,O2 | Au, Pt entwickelt. Diese ermöglichen die Messung der RE-Aktivität ohne den störenden Einfluss elektronischer Leitung unter Verwendung des gleichen Festelektrolytmaterials und den gleichen Elektroden wie in den Zellen I und II. Für Temperaturen zwischen 350 und 600 °C liegen im zuvor beschriebenen Partialdruckbereich folgende RE-Aktivitäten vor: lg aNa(FeNi48) = 2,5321 - 14967,0 / T und lg aNa(NaSi1,2O2,9) = 3,7949 - 0,25 lg p(O2) - 16285,67 / T . Mit den Messungen an den Zellen I und II wurde der Nachweis erbracht, dass der Anteil an p-elektronischer Leitung in NBA entgegen der in der Literatur vertretenen Auffassung nicht vernachlässigbar ist. Das Ausmaß der p-Leitfähigkeit kann im Festelektrolyten in Abhängigkeit von den äußeren Bedingungen, d.h. der Na-Aktivität sehr groß werden, wodurch die Zellspannung in erheblichem Maße beeinflusst wird und fast bis zum Kurzschluss der Zelle führt. Nur durch Berücksichtigung des elektronischen Leitungsanteils in Form des p-Elektronenleitungsparameters a+ in der Wagner'schen Gleichung kann die Aktivitätsabhängigkeit der Zellspannung quantitativ beschrieben werden. Die a+-Werte wurden in Abhä [...]
doi:10.18419/opus-747 fatcat:4jtucna2tzfhpkgg6jgpvzyiwa