5.固体氧化物燃料电池以()为电解质。

好的，我们来详细解析一下这道题目。 ### 题目背景 固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是一种高温燃料电池，它通过电化学反应将燃料（如氢气或天然气）和氧化剂（如空气中的氧气）转化为电能。SOFC的关键部件之一是电解质，电解质的作用是在电池内部传输氧离子。 ### 选项分析 **A. 氧化锆 (ZrO₂)** - **特点**：氧化锆是一种常见的固体电解质材料，特别是在掺杂了某些元素（如钇、铈等）后，可以显著提高其在高温下的离子导电性。 - **应用**：在SOFC中，常用的电解质材料是钇稳定的氧化锆（YSZ），即在氧化锆中掺入一定比例的氧化钇（Y₂O₃）。这种材料在高温下具有良好的氧离子传导性能，同时化学稳定性好，机械强度高。 - **示例**：想象一个SOFC电池，其中电解质层是由掺杂了氧化钇的氧化锆制成的。当电池工作时，氧化剂（如氧气）在阴极侧被还原成氧离子，这些氧离子通过氧化锆电解质传输到阳极侧，在那里与燃料（如氢气）发生反应生成水和电子，从而产生电能。 **B. 氧化镁 (MgO)** - **特点**：氧化镁是一种碱土金属氧化物，具有较高的熔点和良好的化学稳定性。 - **应用**：虽然氧化镁在某些高温陶瓷材料中有应用，但它并不是一种有效的离子导体，因此不适合用作SOFC的电解质。 - **示例**：如果用氧化镁作为电解质，氧离子无法有效传输，电池将无法正常工作。 **C. 氧化锌 (ZnO)** - **特点**：氧化锌是一种半导体材料，具有良好的光学和电学性能。 - **应用**：氧化锌主要用于制造透明导电膜、紫外线吸收剂等，但不是一种有效的离子导体，因此不适合用作SOFC的电解质。 - **示例**：如果用氧化锌作为电解质，同样会因为离子传导性能差而导致电池无法正常工作。 **D. 氧化铝 (Al₂O₃)** - **特点**：氧化铝是一种常见的陶瓷材料，具有高熔点、高硬度和良好的化学稳定性。 - **应用**：氧化铝常用于制造耐火材料、陶瓷刀具等，但不是一种有效的离子导体，因此不适合用作SOFC的电解质。 - **示例**：如果用氧化铝作为电解质，也会因为离子传导性能差而导致电池无法正常工作。 ### 为什么选择A 综上所述，氧化锆（特别是钇稳定的氧化锆）是目前最常用的SOFC电解质材料，因为它在高温下具有良好的氧离子传导性能，同时化学稳定性和机械强度也很好。其他选项（氧化镁、氧化锌、氧化铝）虽然在其他领域有应用，但都不是有效的离子导体，因此不适合用作SOFC的电解质。