Advertisement

Solid-State Electrochemistry

  • Hans Rickert

Abstract

Since the end of the last century it has been known that there exist solid electrolytes, that is, solid compounds with practically pure ionic conductivity. This was first established by transference measurements.(1) Solid electrolytes made possible the development of the electrochemistry of solid compounds. This was slow at first, but has become rapid in the last fifteen years, partly due to the discoverv of new solid electrolvtes with high ionic conductivitv.

Keywords

Galvanic Cell Solid Electrolyte Silver Iodide Silver Sulfide Knudsen Cell 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. 1.
    E. Warburg, Über die Elektrolyse des festen Glases, Wiedemann. Ann. Physik 21, 622–646 (1884);CrossRefGoogle Scholar
  2. 1a.
    E. Warburg and F. Tegetmeier, Über die elektrolytische Leitung des Bergkristalls, Wiedemann. Ann. Physik 35, 455–467 (1888);Google Scholar
  3. 1b.
    F. Haber and A. Tolloczko, Über die Reduktion der gebundenen, festen Kohlensäure zu Kohlenstoff und über elektrochemische Veränderungen bei festen Stoffen, Z. Anorg. Chem. 41, 407–441 (1904);CrossRefGoogle Scholar
  4. 1c.
    C. Tubandt and F. Lorenz, Das elektrische Leitvermögen als Methode zur Bestimmung des Zustandsdiagramms binärer Salzgemische, Z. Physik. Chem. 87, 543–561 (1914);Google Scholar
  5. 1d.
    C. Tubandt and S. Eggert, Über Elektrizitätsleistung in festen kristallisierten Verbindungen, Z. Anorg. Allgem. Chem. 110, 196–236 (1920);CrossRefGoogle Scholar
  6. 1e.
    C. Tubandt and H. Reinhold, Über die Wirkung geringer Zusätze auf des elektrische Leitvermögen fester Salze, Z. Elektrochem. 29, 313–317 (1923).Google Scholar
  7. 2.
    H. Rickert, Einfuhrung in die Elektrochemie fester Stoffe, Springer Verlag, Heidelberg (1973);Google Scholar
  8. 2a.
    B. C. H. Steele, Electrical conductivity in ionic solids, in Progress in Solid State Chemistry (H. Reiss, ed.), Pergamon Press, Oxford (1972);Google Scholar
  9. 2b.
    R. A. Rapp and D. A. Shores, Electrochemical measurements, in Physicochemical Measurements in Metals Research (R. A. Rapp, ed.), pp. 123–192, Wiley, New York, London (1970);Google Scholar
  10. 2b.
    C. B. Alcock (ed.), Electromotive Force Measurements in High-Temperature Systems, The Institution of Mining and Metallurgy, London (1968);Google Scholar
  11. 2c.
    K. Hauffe, Reaktionen in und an festen Stoffen, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1966);CrossRefGoogle Scholar
  12. 2d.
    F. A. Kröger, The Chemistry of Imperfect Crystals, North-Holland, Amsterdam (1964);Google Scholar
  13. 2e.
    F. A. Kröger, The chemistry of compound semiconductors, in Physical Chemistry (H. Eyring, D. Henderson, W. Jost, ed.), Vol. X, Academic Press, New York, London (1970);Google Scholar
  14. 2f.
    R. T. Foley, Solid electrolyte galvanic cell,J. Electrochem. Soc. 116, 13C (1969);CrossRefGoogle Scholar
  15. 2g.
    M. Hull, Solid Electrolyte Batteries, Proc. 22nd Annual Power Sources Conf., Atlantic City, N.J. (1968);Google Scholar
  16. 2h.
    J. N. Mrgudich, Solid electrolyte batteries, Encyclopedia of Electrochemistry, Reinhold, New York (1964).Google Scholar
  17. 3.
    J. Frenkel, Über die Wärmebewegung in festen und flüssigen Körpern, Z. Phys. 35, 652–669(1926).CrossRefGoogle Scholar
  18. 4.
    W. Schottky, Über den Mechanismus der Ionenbewegung in festen Elektrolyten, Z. Phys. Chem. B29, 335–355 (1935);Google Scholar
  19. 4a.
    C. Wagner and W. Schottky, Theorie der geordneten Mischphasen, Z. Phys. Chem. B11, 163–210 (1930);Google Scholar
  20. 4b.
    C. Wagner, Theorie der geordneten Mischphasen, Z. Phys. Chem. B22, 181–194 (1933).Google Scholar
  21. 5.
    F. A. Kröger, The Chemistry of Imperfect Crystals, Chapters 7, 8, North-Holland, Amsterdam (1964);Google Scholar
  22. 5a.
    F. A. Kröger and H. J. Vink, in Solid State Physics (F. Seitz and D. Turnbull, eds.), Vol. 3, pp. 307–435, Academic Press, New York (1956).Google Scholar
  23. 6.
    W. Schottky, Zur Frage der rationalen Störstellenbezeichnung, Halbleiterprobleme, Vol. 4, pp. 235–281. Vieweg-Verlag, Braunschweig (1958);Google Scholar
  24. 6a.
    W. Schottky, Statistische Halbleiterprobleme, in Halbleiterprobleme (W. Schottky, ed.), Vol. 1, pp. 139–226, Vieweg-Verlag, Braunschweig (1954).CrossRefGoogle Scholar
  25. 7.
    F. Hund, Die Fluoritphase im System ZrO2-CaO, Z. Phys. Chem. 199, 142–151 (1952).Google Scholar
  26. 8.
    J. W. Patterson, E. C. Bogren, and R. A. Rapp, Mixed conduction in Zr0.85Ca0.15O1.85 and Th0.85Y0.15O1.925 solid electrolytes, J. Electrochem. Soc. 114, 752–758 (1967);CrossRefGoogle Scholar
  27. 8a.
    L. D. Burke, H. Rickert, and R. Steiner, Elektrochemische Untersuchungen zur Teilleitfähigkeit, Beweglichkeit und Konzentration der Elektronen und Defektelektronen in dotiertem Zirkondioxid und Thoriumdioxid, Z. Phys. Chem. NF 74, 146–167 (1971).CrossRefGoogle Scholar
  28. 9.
    R. W. Ure, Ionic conductivity of calcium fluoride crystals, J. Chem. Phys. 26, 1363–1373(1957).CrossRefGoogle Scholar
  29. 10.
    J. N. Bradley and P. D. Greene, Solids with high ionic conductivity in group 1 halide systems, Trans. Faraday Soc. 63, 424–430 (1967);CrossRefGoogle Scholar
  30. 10a.
    B. B. Owens and G. R. Argue, High-conductivity solid electrolytes: MAg4I5, Science 157, 308–310 (1967).CrossRefGoogle Scholar
  31. 11.
    B. Reuter and K. Hardel, Darstellung, Eigenschaften und Phasenverhältnisse von Ag3SBr und Ag3SI, Z. Anorg. Allgem. Chem. 340, 158–167 (1965);CrossRefGoogle Scholar
  32. 11a..
    T. Takahashi and O. Yamamoto, The Ag/Ag3SI/I2 solid electrolyte cell, Electrochim. Acta 11, 779–789(1966).CrossRefGoogle Scholar
  33. 12.
    Y. Y. Yao and J. T. Kummer, Ion exchange properties and rates of ionic diffusion in β-alumina, J. Inorg. Nucl. Chem. 29, 2453–2475 (1967).CrossRefGoogle Scholar
  34. 13.
    W. Nernst, Zur Kinetik der in Lösung befindlichen Körper, Z. Phys. Chem. 2, 613–637 (1888);Google Scholar
  35. 13.
    A. Einstein, Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in rührenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen, Ann. Physik (4) 17, 549–560 (1905).CrossRefGoogle Scholar
  36. 14.
    L. S. Darken, Diffusion, mobility and their interrelation through free energy in binary metallic systems, Trans. AIME 175, 184–201 (1948);Google Scholar
  37. 14a.
    C. Wagner, Diffusion and High Temperature Oxidation of Metals in Atomic Movements, American Society for Metals, Cleveland (1951), pp. 153–173.Google Scholar
  38. 15.
    I. Prigogine, Etude thermodynamique des phénomènes irreversibles, Dunod, Paris (1947);Google Scholar
  39. 15a.
    S. R. de Groot and P. Mazur, Nonequilibrium Thermodynamics, North-Holland, Amsterdam (1962);Google Scholar
  40. 15b.
    K. G. Denbigh, The Thermodynamics of the Steady State, Methuen, London (1951);Google Scholar
  41. 15c.
    S. R. de Groot, Thermodynamics of Irreversible Processes, North-Holland, Amsterdam (1951).Google Scholar
  42. 16.
    W. F. Chu, H. Rickert, and W. Weppner, Electrochemical investigations of chemical diffusion in wüstite and silversulfide, in Fast Ion Transport in Solids (W. van Gool, ed), North-Holland/American Elsevier, pp. 181–191.Google Scholar
  43. 17.
    A. B. Lidiard, in Handbuch der Physik (S. Flügge, ed.), Vol. XX, pp. 246–349 (1957).Google Scholar
  44. 18.
    A. D. LeClaire, Physical Chemistry 10, 261–269 (1970).Google Scholar
  45. 19.
    A. Kvist and A. M. Josefson, The electrical conductivity of solid and molten silver iodide, Z. Naturforsch. 23a, 625–626 (1968).Google Scholar
  46. 20.
    C. Wagner, Über den Machanismus der elektrischen Stromleitung im Nernststift, Naturwiss. 31, 265–268 (1943).CrossRefGoogle Scholar
  47. 21.
    F. Hund, Anomale Mischkristalle im System ZrO2–Y2O3, Z. Elektrochem. 55, 363–366(1951).Google Scholar
  48. 22.
    Stockholmer Konvention, The electrochemical thermodynamics of J. Williard Gibbs and the Stockholm convention,J. Electrochem. Soc. 102, 288C (1955).CrossRefGoogle Scholar
  49. 23.
    C. B. Alcock (ed.), Electromotive Force Measurements in High-Temperature Systems, The Institution of Mining and Metallurgy, London (1968).Google Scholar
  50. 24.
    R. A. Rapp and D. A. Shores, Electrochemical measurements, in Physiochemical Measurements in Metals Research (R. A. Rapp, ed.), pp. 123–192, Wiley, New York, London (1970).Google Scholar
  51. 25.
    K. Hauffe, Reaktionen in und an festen Stoffen, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1966).CrossRefGoogle Scholar
  52. 26.
    F. A. Kröger, Chemistry of Imperfect Crystals, North-Holland, Amsterdam (1964).Google Scholar
  53. 27.
    J. Hladik (ed.), Physics of Electrolytes, Vol. 2, Thermodynamics and Electrode Processes in Solid Electrolytes, Academic Press, London, New York (1972).Google Scholar
  54. 28.
    H. Reinhold, Über feste Ketten, insbesondere Thermoketten fester Elektrolyte, Z. Anorg. Allgem. Chem. 171, 181–230 (1928).CrossRefGoogle Scholar
  55. 29.
    K. Kiukkola and C. Wagner, Galvanic cells for the determination of the standard molar free energy of formation of metal halides, oxides and sulfides at elevated temperatures, J. Electrochem. Soc. 104, 308–316 (1957).CrossRefGoogle Scholar
  56. 30.
    H. Schmalzried, Zur Messung der freien Reaktionsenthalpie bei der Bildung von Spinellphasen aus den Einzeloxyden mit Hilfe galvanischer Festkörperketten, Z. Phys. Chem. NF 25, 178–192 (1960).CrossRefGoogle Scholar
  57. 31.
    R. J. Heuss and J. J. Egan, Free energies of formation of some inorganic fluorides by solid state electromotive force measurements, Z. Phys. Chem. NF 49, 38–43 (1966);CrossRefGoogle Scholar
  58. 31a.
    J. J. Egan, The standard molar free energy of formation of thorium carbide by electromotive force measurements,J. Phys. Chem. 68, 978–979 (1964).CrossRefGoogle Scholar
  59. 32.
    C. B. Alcock and T. N. Belford, Thermodynamics and solubility of oxygen in liquid metals from E.M.F. measurements involving solid electrolytes, Trans. Faraday Soc. 60, 822–835 (1964).CrossRefGoogle Scholar
  60. 33.
    R. A. Rapp and F. Maak, Thermodynamic properties of solid copper-nickel alloys, Acta Met. 10, 63–69 (1962).CrossRefGoogle Scholar
  61. 34.
    B. C. H. Steele, Electrical conductivity in ionic solids, in Progress in Solid State Chemistry (H. Reiss, ed.), Pergamon Press, Oxford (1972).Google Scholar
  62. 35.
    R. L. Pastorek and R. A. Rapp, The solubility and diffusivity of oxygen in solid copper from electrochemical measurements, Trans. Met. Soc. AIME 245, 1711–1720 (1969).Google Scholar
  63. 36.
    H. Rickert and R. Steiner, Elektrochemische Messung der Sauerstoffdiffusion in Metallen bei höheren Temperaturen, Z. Phys. Chem. NF 49, 127–137 (1966).CrossRefGoogle Scholar
  64. 37.
    H. Rickertand A. A. El. Miligy, Elektrochemische Messung der Sauerstoffdiffusion in flüssigem Silber und flüssigem Kupfer, Z. Metallk. 59, 635–641 (1968).Google Scholar
  65. 38.
    W. Eichenauer and G. Müller, Diffusion und Löslichkeit von Sauerstoff in Silber, Z. Metallk. 53, 321–324 (1962).Google Scholar
  66. 39.
    S. Mrowec and H. Rickert, Elektrochemische Untersuchungen über die Bildung von Nickelsulfid in festem Zustand bei höheren Temperaturen, Z. Phys. Chem. NF 36, 329–346(1963).CrossRefGoogle Scholar
  67. 40.
    Dravnieks, Kinetics of nickel-sulfur and steel-sulfur reactions, J. Electrochem. Soc. 102, 435–439 (1955).CrossRefGoogle Scholar
  68. 41.
    L. Czerski, St. Mrowec and T. Werber, Kinetics and mechanism of nickel-sulfur reactions, J. Electrochem. Soc. 109, 273–278 (1962).CrossRefGoogle Scholar
  69. 42.
    C. Wagner, Investigations on silver sulfide, J. Chem. Phys. 21, 1819–1927 (1953).CrossRefGoogle Scholar
  70. 43.
    H. Rickert, Elektrochemische Untersuchungen über die Verdampfung von Schwefel aus festem Silbersulfid im Vakuum als Funktion des chemischen Potentials des Schwefels, Z. Elektrochem. 65, 463–468 (1961).Google Scholar
  71. 44.
    G. Tamman, Über Anlauffarben von Metallen, Z. Anorg. Chem. 111, 78–89 (1920).CrossRefGoogle Scholar
  72. 45.
    N. B. Pilling and R. E. Bedworth, J. Inst. Metals 29, 599–601 (1923).Google Scholar
  73. 46.
    S. Mrowec and H. Rickert, Zum Mechanismus der Reaktion zwischen Nickel und Schwefel bei höheren Temperaturen, Z. Phys. Chem. NF 28, 422–424 (1961).CrossRefGoogle Scholar
  74. 47.
    H. Rickert and C. D. O’Brian, Elektrochemische Untersuchungen über den Durchtritt von Silber durch die Phasengrenze festes Silber/festes Silbersulfid bei höheren Temperaturen, Z. Phys. Chem. NF 31, 71–86 (1962).CrossRefGoogle Scholar
  75. 48.
    H. Rickert and C. Wagner, Zur Kinetik der Sulfidierung von Silber, Teil II. Der Einfluß der Durchtrittsreaktion des Silbers durch die Phasengrenze Silber/Silbersulfid, Z. Phys. Chem. NF 31, 32–39 (1962).CrossRefGoogle Scholar
  76. 49.
    S. Mrowec and H. Rickert, Über die Verdampfung von Jod aus festem Kupferjodid bei höheren Temperaturen, Z. Elektrochem. 66, 14–17 (1962).Google Scholar
  77. 50.
    M. Volmer, Kinetik der Phasenbildung, Dresden und Leipzig (1939).Google Scholar
  78. 51.
    H. Hertz, Über die Verdunstung der Flüssigkeiten, insbesondere des Quecksilbers, im luftleeren Raume, Ann. Physik 17, 177–193 (1882).CrossRefGoogle Scholar
  79. 52.
    J. B. Warner and C. Wagner, Electrical conductivity measurements on cuprous halides, J. Chem. Phys. 26, 1597–1601 (1957).CrossRefGoogle Scholar
  80. 53.
    R. J. Ratchford and H. Rickert, Eine elektrochemische Knudsenzelle zur Untersuchung der Thermodynamik von Selendampfund über die Zersetzung von Ag2Se, Z. Elektrochem. 66, 497–502 (1962).Google Scholar
  81. 54.
    D. Detry, J. Drowart, P. Goldfinger, H. Keller, and H. Rickert, Zur Thermodynamik von Schwefeldampf, Massenspektrometrische Untersuchungen mit der elektrochemischen Knudsenzelle, Z. Phys. Chem. NF 55, 314–319 (1967).CrossRefGoogle Scholar
  82. 55.
    D. Detry, J. Drowart, P. Goldfinger, H. Keller, and H. Rickert, Zur Thermodynamik von Selendampf, Massenspektrometrische Untersuchungen mit der elektrochemischen Knudsenzelle, Z. Phys. Chem. NF 75, 273–286 (1971).CrossRefGoogle Scholar
  83. 56.
    M. Knudsen, Experimentelle Bestimmung des Druckes gesättigter Quecksilberdämpfe bei 0°C und höheren Temperaturen, Ann. Phys. 29, 179–181 (1909).CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Bell Telephone Laboratories, Incorporated 1976

Authors and Affiliations

  • Hans Rickert
    • 1
  1. 1.Lehrstuhl für Physikalische ChemieUniversität DortmundGermany

Personalised recommendations