電化學工作站測試方法系列之 | 如何測試固態電解質電導率？

很高興和大家再次相遇，本期進入了電化學工作站測試方法系列第三講如何測試固態電解質電導率？

固態電解質研究有諸多因素需要考慮，固態電解質的電導率成為關鍵科學問題之一，但固態電介質電導率包含電子電導率和離子電導率兩部分，需要降低電子電導率，提高離子電導率，如下圖所示。目前測量離子電導率的*佳方式是透過阻塞電極，測試交流阻抗進行計算而得到。

固態電解質電導率測試方法-直流方法

固態電解質電導率測試方法-交流方法

同樣固態電解質的電導率測試也需要如前面電化學視窗及內短路介紹中所提到的阻塞電極，進行測試。

固態電解質鋰離子電導率測試例項

• 阻塞電極製備，由6mm直徑厚度約1.3mm LLZNb05 固態電解質 ，阻塞電極為直徑6mm由磁控濺射噴金處理而成

• 使用Solartron1260A 頻率響應分析儀，施加10mV交流電壓振幅，頻率範圍為13 MHz −10 Hz

• 溫度 (253 K, 263 K, 273 K, 283 K, 293 K, 298 K, 303 K, and 313 K) 氮氣環境中

從上面a圖中可以看到，半圓直徑約330 Ohm， L=0.13 cm, S=3.14x(0.3cm)2。

固態電解質電子電導率測試例項

• 阻塞電極，Au/LLZNb05/Au,

• 200mV 極化電壓 ，監測電流

• R=V/I

為了提高電子電導率的測試準確度，可以增加多個恆電位極化，繪製標準曲線來得到固態電解質的電子電阻，進而計算得到電子電導率，如下圖所示。

以上資訊來源：

1. Methods for the measurement of transport numbers in mixed ionic and electronic ceramic conductors CDT Energy Storage and Its Applications, Mini project

2.Chemical Reviews 2020 120 (14), 6878-6933

3.Ionics 8 (2002)

4.Scientific Reports, (2018) 8:9965, DOI:10.1038/s41598-018-27851-x

5.Nature Materials  2019 (18), 1278–1291