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快离子导体玻璃理解与应用范围

作者:奥固鸿已有:N多人关注
快离子导体的研究随着人们对于能源问题的关心而逐步被重视。虽然无机氧化物玻璃通常被认为是绝缘体材料,但自从20世纪70年代发现了玻璃的室温电导率高达10-2S/cm之后,对玻璃导电性能的研究就始终没有停止过,并由此开始了玻璃态离子学和固态离子学的研究,其最终目标是实现快离子导体玻璃作为下速材料得到应用:
①固体电池用的电解质材料
②电变色显示材料
③气体检出用传感器材料
④电热器材料
与晶态电解质相比,玻璃电解质具有如下优点
①组成变化宽,性能易于调整,能得到离子电导率高的材料
②离子的扩散通道各向同性,因此粒子间的扩散通道连接比晶态材料容易
③界面电阻小,致密性好
④易于薄膜化,可以加工成所希望的尺寸和形状
因此,玻璃固体电解质被认为更具潜在的应用价值,它的开发成功是固体电解质技术领域中的重大技术进步,不仅出现了玻璃用于电学器件的可能性。同时它也是研究固态离子学和非晶态理论的一种主要材料。今后的努力方向仍然是提高室温电导率,增加电流密度和电流容量等。即探索和寻求具有最大电导率的玻璃,以便减少电池的内阻。在这方面取得的最大进展是锂离子导电玻璃的成功开发,它已作为一种有效的固体电解质材料而获得商业应用。
按导电机理分类,可将玻璃的导电分为电子导电和离子导电两类。一般将常温电导率σ>10-3S/cm,或激活能<0.5eV的离子导电玻璃成为快离子导体玻璃。在实际应用中,常温电导率低于上述规定值的一些离子导电玻璃也被归类于快离子导体玻璃。快离子导体玻璃中的导电离子通常包括Ag+、Cu+、Li+、Na+等离子,其中以Ag+为载流子的复合卤氧化物玻璃一直是关注的焦点,其显著特征是在常温下有较高的电导率。Ag+导电玻璃大多数含AgI、Ag2O以及MoO3、P2O5、B2O3等化合物。碘银化合物的研究较为引人关注,虽然可以用AgBr和AgC1代替AgI,但以AgI的电导率为最高。在已经实用化的Li+导电玻璃中,具有较高电导率的玻璃通常是由氧化锂、氯化锂或硫酸盐和由硫化锂与氧化锂形成的玻璃,以及非硅酸盐的复合组成氧化物玻璃。此外,对Na+和Cu+导电玻璃的研究也取得了很大进展。最具代表性的Ag+和Li+导电玻璃的组成及离子电导率分别为下表所示

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