作中的混合导体透氧膜看作是一个内部短路了的氧的浓差电池,可以粗略地用如图2所示的等效电路来表示。图中的 R s’和 Rs”分别等效于步骤 1)和 3)中透氧膜高、低氧分压端氧的表面交换遇到的电阻,Rbi和Rbel则分别等效步骤 2)中氧离子和电子(空穴)在材料体相迁移所遇到的电阻,E 和 I 分别为电池的理论电动势和电流。Р混合导体透氧膜的工作原理和氧渗透理论Р混合导体透氧膜的工作原理和氧渗透理论Р据能斯特方程(Nernst Equation)可以得出这个浓差电池的理论电动势为:Р氧离子和电子空穴定向迁移引起的内电流与氧渗透流量FO2的关系为:Р→Р如界面总电阻Rs远大于体相总电阻Rb,那么表面氧交换步骤将决定氧渗透流量的大小,此时氧渗透过程被称为表面控制过程;如Rb远大于Rs,氧离子和电子的体相扩散步骤将决定氧渗透流量的大小,此时氧渗透过程被称为体控制过程;如果Rb和Rs相当则氧渗透过程将由表面交换步骤和体相扩散步骤共同控制。Р混合导体透氧膜的工作原理和氧渗透理论Р当氧渗透过程受体相步骤控制, R s’和 Rs”则可忽略不计。进一步假定和与氧分压无关(该假定在某些情况下是合适的),则两者可分别表达为Р其中L为透氧膜厚度,A为透氧面积。将上式代入FO2中得:Р混合导体透氧膜的工作原理和氧渗透理论Р体控制条件下氧渗透率除了与温度、材料的离子电导率和电子电导率、膜体两侧的氧分压相关,还与透氧膜的厚度成反比。Р电子电导率远大于离子电导率,此时上式可进一步简化为:Р此时氧渗透率正比于氧离子电导率。Р混合导体透氧膜的种类及研究概况Р混合导体按其中的氧离子缺陷物种不同可分为两类:氧空位和间隙氧Р图3 氧离子缺陷传导机制示意图Р混合导体透氧膜的种类及研究概况Р钙钛矿型结构(ABO3)? 类钙钛矿型结构(K2NiF4)Р钙钛矿结构ABO3Р类钙钛矿结构K2NiF4Р图5 单相混合导体结构图
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