氧濃差電池的特性

氧濃差電池包括氧化鋯固體電解質(zhì)、鉑金屬電極及電極引線。為了達到準確稱量的目的，對氧濃差電池各組成部件均有一定的要求。

(1) 對固體電解質(zhì)的要求

①　高致密性。致密性是固體電解質(zhì)的一個重要性質(zhì)。實際制備的固體電解質(zhì)，不可能是一塊完整無缺的理想晶體，其中不可避免地會含有氣孔和異質(zhì)夾雜物。在固體電解質(zhì)中，氣孔和異質(zhì)夾雜物會對氧離子的定向遷移運動造成很大阻力，從這個角度出發(fā)，要求固體電解質(zhì)有較高的純度。其物理比和氣孔率越低越好，一般認為，高致密性固體電解質(zhì)的氣孔率應(yīng)小于5%。

②　離子遷移率接近1。離子遷移率是說明固體電解質(zhì)導(dǎo)電特性的參數(shù)。所謂離子遷移率是指一種離子遷移的電量與通過固體電解質(zhì)總電量之比。在每種固體電解質(zhì)中，可能存在載流子有陽離子、陰離子、自由電子和電子空穴。理想的固體電解質(zhì)作為純的離子導(dǎo)體，應(yīng)該只有一種離子參與導(dǎo)電，對于氧離子固體電解質(zhì)而言，就應(yīng)該只有O^2-遷移電量，這時的離子遷移率為1。但實際上有相當(dāng)數(shù)量的固體電解質(zhì)，除了離子導(dǎo)電外，還存在一部分其他載流子參與導(dǎo)電，這樣，固體電解質(zhì)的離子遷移率就不能為1。為了是除了結(jié)果盡可能符合能斯特公式，要求固體電解質(zhì)的離子遷移率應(yīng)大于0.99。

③　穩(wěn)定性。這里提出的穩(wěn)定性包括熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，氧離子固體電解質(zhì)屬高溫固體電解質(zhì)，工作溫度一般在600℃以上，這就要求固體電解質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及在于電極材料相接觸的情況下，要有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

④　抗熱振性好?？篃嵴裥允侵腹腆w電解質(zhì)在溫度迅速變化過程中不致破裂的性能，只一點在實際應(yīng)用中十分重要。描述抗熱振性有兩種方法，其一是在某種驟冷驟熱條件下，固體電解質(zhì)材料出現(xiàn)裂縫的冷熱循環(huán)次數(shù)。顯然，循環(huán)次數(shù)越多，其抗熱振性越好，一般由室溫→800℃→室溫，達十次循環(huán)才出現(xiàn)裂縫者為優(yōu)品。其二是用固體電解質(zhì)產(chǎn)生裂縫時的溫度變化速度來衡量其抗熱振性。若溫度變化速度達60℃/S才出現(xiàn)裂縫，該材料被認為是優(yōu)品。

(2) 對電極的要求  作為氧濃差電池的電極，它主要起到了引出電信號的作用，在材料上應(yīng)滿足以下要求：

①　與所用的氧離子固體電解質(zhì)有良好的電接觸；

②　電導(dǎo)率高；

③　熔點高，且在600℃以上高溫下有良好的抗氧化、耐腐蝕能力；

④　與所用的氧離子固體電解質(zhì)有相同的或相近的線膨脹系數(shù)；

⑤　具有多孔性，以便能使氧原子能夠暢通無阻地從電極表面擴散到固體電解質(zhì)表面；

⑥　能與所用的固體電解質(zhì)牢固地黏附在一起。

基于以上要求，一般多選用金屬鉑做電極材料。鉑電極在使用中的問題，主要是二氧化硫中毒，因此如果被測樣氣中含有SO2時應(yīng)予以排除，否則鉑電極SO2中毒后，會使測量出現(xiàn)較大誤差。

鉑電極的制作方法很多，但無論使用什么方法，都要保證電極的表面積大小適度，厚度適當(dāng)，薄厚均勻。

引線結(jié)構(gòu)  氧濃差電池的引線一般多采用涂層引線，即在涂敷電極時將電極延伸一些，然后用∅0.3-0.4mm的鉑絲與涂層連接起來。由于金屬絲與電極涂層之間存在接觸電位，從而在測量結(jié)果中引入誤差，所以，使用時應(yīng)對能斯特公式進行修正。