Mechanistic origin of the time-dependence of the open-circuit voltage of a galvanic cell involving a ternary or higher compound

文献情報

出版日 2021-07-12
DOI 10.1039/D1CP01793D
インパクトファクター 3.676
著者

Han-Ill Yoo, Jihye Kim, Wonhyo Joo, Manfred Martin


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要旨

It has previously been predicted [H.-I. Yoo and M. Martin, Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 14699] and observed [E. Kim, et al., Solid State Ionics, 2013, 235, 22] that the open-circuit voltage U of a galvanic cell, involving a ternary or higher compound with more than one kind of mobile ionic carrier, is path- and time-dependent upon imposition or removal of the mobile components’ chemical potential differences, in contradistinction to the cell involving a binary compound. This has been attributed [H.-I. Yoo and M. Martin, Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12 14699; J.-Y. Yoon, et al., Solid State Ionics, 2012, 213, 22] to the decoupled redistributions of multiple mobile components or multi-fold relaxation. We hereby experimentally demonstrate with SrTi0.982Al0.018O3−Δ, known to have an appreciable water solubility depending on temperature, that introduction of a secondary ionic carrier H+ in addition to the native O2− indeed renders the otherwise time-independent U time-dependent; and that this phenomenon may, thus, be employed to probe the presence of a secondary ionic carrier, e.g., H+ in addition to the primary O2− in BaTi0.982Al0.018O3−Δ whose water solubility is yet to be known. The temporal behavior of U of SrTi0.982Al0.018O3−Δ subjected to the two fixed chemical potential differences, ΔμO and ΔμH, is precisely delineated in terms of two-fold relaxation of H and O, yielding their chemical diffusivity values, and consequently, the ambiguity with the EMF-method to determine the ionic transference numbers of a multinary compound is cleared away.

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掲載誌

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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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