多移动电荷载体电化学电池中平衡电势的理论见解

平衡电势在电化学中是基础性的，它量化了化学和静电驱动力之间的关系。对于电解质中包含多个移动电荷载体的电池——包括与电子泄漏相关的情况——平衡电势的计算比仅有一个电荷载体的电池更为复杂，导致文献中有不一致的公式。本论文的目标是提供一个理论框架，以理解和计算此类电池中的平衡电势，以质子陶瓷电池为例进行说明。分析表明，基于气相的Nernst方程无法预测可逆电池电势，而需要考虑电解质的热力学性质。利用混合电势理论研究了热力学上未平衡的进气（如混合燃料）对多移动电荷载体电池中电势的影响。最后，区分了开路情况下的可逆和可测量的电池电势，以BCZYYb基电池模拟为例。进一步分析表明，电势差是由电极和膜中的过电势引起的。在禁止电子泄漏的理论情景中，发现多个移动带电缺陷的存在导致可测量电池电势与可逆电池电势之间的差异。