Tahke elektrolüüt

Tahke elektrolüüt, ka tahkiselektrolüüt, on tahke aine, milles vähemalt üht liiki (negatiivsed või positiivsed) ioonid on nii liikuvad, et saavad tekitada elektrivoolu. Seega põhineb tahkete elektrolüütide elektrijuhtivus eelkõige ioonidel, mitte elektronidel nagu metallide elektrijuhtivus.

Tahked elektrolüüdid on kesksed komponendid kõrgtemperatuurilistes kütuseelementides ja tahkisakues, samuti mõnda tüüpi andurites, eriti hapnikuandurites, mida kasutatakse mootorsõidukites.

Tahkete elektrolüütide ja superioonjuhtide juhtivuse väärtused

Enamikus ioonkristallides saavad vaid üksikud ioonid liikuda, seega on ioonjuhtivus väike. Tahkest elektrolüüdist või tahkest ioonjuhist räägitakse tavaliselt ainult siis, kui elektrijuhtivus σ on vähemalt vahemikus 10⁻¹⁰ ≤ σ ≤ 10⁻⁴ S cm⁻¹.

Eriti hea juhtivusega tahkeid elektrolüüte nimetatakse superioonjuhtideks.Nende juhtivus võib olla näiteks vahemikus 10⁻⁴ ≤ σ ≤ 10⁻¹ S cm⁻¹. Seni tuntud superioonjuhid koosnevad enamasti suurte anioonidega kristallivõrest, milles suhteliselt väikesed katioonid nagu Ag ⁺, Cu⁺ või Li⁺ on suure liikuvusega. Eri autorid määratlevad üliioonjuhtide vahemikku erinevalt. Nii loetakse superioonjuhtideks kõiki aineid, mille ioonjuhtivus on nende sulamistemperatuurist palju madalamal temperatuuril suurem kui 0,1 S cm⁻¹, või siis need, mille juhtivus σ on toatemperatuuril umbes 10⁻² S cm⁻¹.

Tahkete elektrolüütide tüübid

Tahkeid elektrolüüte saab liigitada liikuva iooni järgi anioonjuhtideks ja katioonjuhtideks. Anioonjuhid on näiteks oksiidide ja fluoriidi ioonjd, katioonjuhtidena on tuntud prootonid, hõbeda, liitiumi ja naatriumi ioonid. Samuti on olemas orgaanilised tahked elektrolüüdid, mis põhinevad enamasti polümeeridel (vt ioonjuhtiv elektroaktiivne polümeer), ja anorgaanilised kristallilised või amorfsed tahked elektrolüüdid.

Oksiidioonjuhtidest on tuntud ütriumiga stabiliseeritud tsirkooniumdioksiid, mida kasutatakse hapnikuandurites või tahkeoksiid-kütuseelementides 650–1000 °C juures . Peamine fluoriioonide juht koosneb legeeritud lantaanfluoriidist. Naatriumiioonjuhina on kasutusel naatrium-β-aluminaat.

Kasutamise näiteid

Paljude |iooniselektiivsete elektroodide keskseks komponendiks on iooniselektiivne membraan, mille moodustab tavaliselt tahke elektrolüüt. Näiteks fluoriidiselektiivse elektroodi fluoriidiioonide suhtes tundlik membraan koosneb fluoriioonjuhist, tavaliselt lantaanfluoriidi monokristallist.

Tahked elektrolüüdid leiavad rakendust paljude kütuseelementide membraanides, samuti gaaside, näiteks CO₂ andurites. Tahkeid elektrolüüte kasutatakse ka keemilistes vooluallikates (patareides), eriti õhukese kilena naatriumväävelakudes ja naatriumnikkelkloriidakudes (ingl ZEBRA battery). Alates 1972. aastast on enamikus südamestimulaatorites vooluallikaks liitiumjodiidelektrolüüdiga liitiumjoodaku.

Kirjandus

• Ulrich Guth: Solid Electrolytes. In: Encyclopedia of Applied Electrochemistry. Springer, New York 2014, ISBN 978-1-4419-6996-5, Lk 1989–1993.
• Ulrich Guth: Solid State Electrochemistry, Electrochemistry Using Solid Electrolytes. In: Encyclopedia of Applied Electrochemistry. Springer, New York 2014, ISBN 978-1-4419-6996-5, Lk 2040–2041.

Välislingid

• Rait Piir. "Murrangulised uued akud võivad turule jõuda juba lähiaastatel". Vaadatud 30.09.2024.