·50· 北京科技大学学报 1998年第1期 极，它是由氯铂酸涂在ZO,的表面后在800℃热分解而成，辅助电极通过机械挤压的方式与 NASICON紧密结合，铂丝作为电极引线.整个装置放人石英管中， (b) (a) 6 10 mm- 图1 传感器结构示意图.()传感器的断面图：b)传感器的平面图 1-Na0,辅助电极：2-NASIC0N电解质；3-ZrOz(Yz0)电解质； 4多孔Pt电极：5-工作电极Pt引线：6-对电极Pt引线 1.3电动势的测定 电动势测定在550~750℃的温度范围内进行.被测的二氧化硫混合气体是将二氧化硫 的标准气和空气混合制成，其体积分数p的范围为3×10-4~1.5×10-2.混合气体首先通过 V,O,或Pt催化剂，然后再进人传感器.气体的流动速率控制在100 cm'/min.测定在铁铬铝丝 炉中进行，采用Model UP25 Program Controller控温，使用镍铬、镍硅热电偶测温，控温精度 为±0.5℃.电动势用高阻抗(10'2)的数字电表Sansei-DMM2650A测量. 2测定原理 本文所研究的传感器组成的电池可表示为： Ptl SO,O,(test gas)|Na.SO,ll NASICONI YSZIISO,O,(test gas)I Pt. 电极反应可表示如下： 阳极反应 a.S0,=2Na+SO,+l/2O,+2e; 阴极反应 1/20,+2e=03-; 界面反应 2Na*+0-=Na,O(NASICON); 总的反应 Na,SO,Na,O(NASICON)+SO,. 由上述反应可以看出，O,虽然参与了电极反应，但在总的反应中并未出现，因而O,对电 动势没有影响.电池的电动势为： RTIn(Pso./pe) EMF G 2.303 RTlog aNONASICON 2F 2F 2F (1) 式中，△Gn是反应的标准Gibbs自由能，F是Farady常数，T为测定时热力学温度，R为气体常 数，a是NASICON中Na,O的活度.据文献[9]报道在NASICON中Na,O的活度可表示为： 1oga0=-120s0 T -2.15 (2) 我们知道SO,混合气体在催化剂的作用下存在如下平衡 S0,+1/20,=S0, (3) 其组成关系为：. 50 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 8年 第 1期 极 , 它是 由氯 铂酸 涂在 Z 心 , 的表 面后 在 8 0 ℃ 热分 解而 成 . 辅 助 电极 通过 机械挤 压 的方 式与 N A S CI O N 紧密 结合 , 铂 丝作 为 电极 引线 . 整个 装置 放入 石英 管 中 . 今 仍目日, , 一 - - - 一 1 0 m r n ~ ~ - ~ e 州卜 图 1 传感器 结构示 意图 . (a) 传 感器的断面 图 ; 伪)传感器的平面 图 i 一 N a Z o ;辅助 电极 ; 2 一 N A s l e o N 电解质 ; 3 一 z r o z汀 2 0 3 )电解质 ; 4 一 多孔 tP 电极 ; 5 一工作电极 tP 引线 ; 6 一 对电极 tP 引线 1 . 3 电动势 的 测定 电动 势测 定在 5 50 ~ 7 50 ℃ 的温度 范 围 内进 行 . 被 测 的 二氧 化硫 混 合气 体是 将二 氧 化硫 的标准 气和空 气 混 合 制成 , 其 体积分 数沪的范 围为 3 x 10 一 ` 一 ! . s x l o 一 ’ . 混 合气体首 先 通过 V ZO 。 或 R 催化剂 , 然 后再 进人 传感 器 · 气体 的流 动速率 控 制在 10 c m 3 /m in . 测定在 铁铬 铝丝 炉 中进 行 , 采用 M o de l U P 2 5 rP go ar m c o nt r ol er 控 温 , 使 用 镍铬 、 镍 硅热 电偶 测温 , 控 温精 度 为 土 0 . 5 ℃ . 电动 势用 高阻 抗 ( 10 ` 卿 的数字 电表 S an se i 一 D M M 2 6 5 0 A 测量 . 2 测定原 理 本 文所 研 究 的传感器 组 成 的电池 可表 示为 : tP } 5 0 3 , 0 2 ( et s t g a s ) I aN : s O 4 llNA S I C O N IY s Z }15 0 3 , 0 2 ( et s t g as ) ItP · 电极反 应 可表示 如 下 : 阳极 反 应 Na Z s O 4 = ZNa 十 + 5 0 3 + l / 2 0 2 + Z e ; 阴极反 应 一/ 2 0 , + Z e = O , 一 ; 界 面反 应 Z aN + + 0 2 一 aNz o (NA s IC o 殉 ; 总的反 应 aN Z S q = N a Z O (NA s IC o N) + 5 0 3 . 由上述 反应 可 以 看 出 , 0 2 虽 然参与 了 电极 反 应 , 但 在总的 反应 中并未 出现 , 因而 0 2 对电 动势 没有 影响 . 电池 的 电动 势 为 : △G二 2 · 3 0 3 R T l o g a 、 。 、 s ,e 。 、 E M F = 一 _ _ Z F Z F R T I n (sP 。 。 / p 。 ) 2 F ( l ) 式 中 , △G 二 是 反应 的标 准 G b bs 自由能 , F 是 aF ar dy 常 数 , T 为测 定 时热力 学 温度 , R 为气 体常 数 , 。 、 “ _ o 是 NA SI C O N 中 N 姚O 的活 度 · 据 文献 【9] 报道 在 N A S CI O N 中 N a Z O 的 活度可 表示 为 : 一o g a 、 : : o = - 】2 0 50 T 一 2 . 15 ( 2 ) 我们 知道 5 0 ,混 合 气体在 催 化剂 的作 用下存 在如下 平衡 5 0 , + ] / 2 0 、 = 5 0 , 其 组成 关系 为 : (3 )