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经典实例2

BaCe 1-x M x O 3-α 的水蒸气浓差电池的测定

一、原理

水蒸气浓差电池电动势的测试方法:

实验原理如图1所示。向测试电炉上、下气室中分别通入0℃下饱和水蒸气的空气及30℃下饱和水蒸气的空气,组成如下的水蒸气浓差电池:

图1水蒸气浓差电池原理图

水蒸气浓差电池理论电动势的计算具有复杂性,包含三个部分:

(1)由于不同温度下水的饱和蒸气压不同(0℃和30℃的饱和蒸气压分别为611Pa和4243Pa),在高温下由于水蒸气分压不同,水解反应>的程度不同,产生的H 2 分压不同,因而形成了氢浓差电池。

0℃和30℃的饱和蒸气压分别为611Pa和4243Pa,所以H 2 O分压分别为611/101325和4243/101325。

(2)水蒸气分压大的一端产生的H 2 与另一端空气中的氧组成燃料电池,根据计算可得电动势

(3)水蒸气分压小的一端产生的H 2 与另一端空气中的氧组成燃料电池,根据计算可得电动势 。(2)与(3)数值相等方向相反,所以理论值为 EMF 1

式中 R T F 分别为摩尔气体常数、测试电炉的绝对温度、法拉第常数。

实验采用电位差计对样品进行测试。电位差计是用补偿原理构造的仪器,是常用的电化学测量技术。其工作原理,电阻丝与滑线变阻器及工作电源组成回路,由它提供稳定的工作电流。滑线变阻器用来调节工作电流的大小,电流的变化可以改变电阻丝电位差的大小 [1]

二、仪器和试剂

1.仪器

高温箱式电炉;分析天平;玛瑙研钵;球磨机(2台);电位差计;

磁力搅拌器;烘箱;DSC-TGA热分析仪;酸度计。

2.试剂(分析纯)

固相法:Ba(CH 3 COO) 2 ;CeO 2 ;相应金属氧化物;无水乙醇。

微乳液法:Ce(NO 3 3 ·6H 2 O;Ba(CH 3 COO) 2 ;相应金属硝酸盐;

浓HNO 3 ;无水乙醇;碳酸铵;氨水;环己烷;柠檬酸;PEG。

三、步骤

(1)采用固相法或微乳液法合成BaCe 1-x M x O 3-α

(2)取之前合成好的样品,用螺旋测微器测量样品的厚度,然后将样品用细砂纸打磨,打磨至1.2mm左右即可。注意打磨力度均匀,防止样品破损。在样品中间小心用铅笔和尺子画一个直径为8mm的圆圈,然后在圈内涂上钯浆料,正反面都要涂上,注意正反面涂浆料的位置应该对称,在红外灯下进行烘干约15min。

(3)将样品薄片装入自组装的程控电炉中,盖以银网,玻璃圈将两端陶瓷管密封,两端引出银丝电极。确保正确后,打开电源,连接电脑进行测试。采用电位差计测定样品在测试温度范围内的电动势 [2]

四、示例及分析

图2所示为测试样品水蒸气浓差电池的电动势关系曲线。如果电动势的实测值与理论值吻合得非常好,表明样品在该温度范围几乎是一个纯的质子导体。如果样品的理论值与实验值有偏差,表明样品在该温度范围是一个质子与电子的混合导体 [3-4] 。从图2可见,在该条件下样品具有一定程度的质子导电性,但随着温度的升高,电动势值及质子迁移数降低。这是因为温度升高,溶解于样品中的水,解吸速率逐渐大于吸附速率,且饱和水蒸气压大的解吸速率更大。这样浓差电池正负两极水蒸气压趋于一致,导致电动势的实测值和质子迁移数的减小。

图2水蒸气浓差电池的电动势关系曲线

五、参考文献

[1]田长安,曾燕伟.中低温SOFC电解质材料研究新进展[J].综述电源技术,2006,4:329-333.

[2]孙林娈.ABO 3 钙钛矿型陶瓷的合成及其电性能的研究[D].苏州:苏州大学,2008.

[3]厉英,丁玉石,王常珍.中高温质子导体的结构及性能研究进展[N].东北大学学报,2012,33(06):853-856.

[4]李芳.固体电解质质子导体的研究进展[J].化学研究,2006,17(02):108-112. Hs781hLQHYFePQUlUu4wSzGtcmoNy9iYqg5UdylZfynjCFs7RfBsSeK33WzD1+s4

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