
【化】 ion transport number; transference number of ion
离子迁移数(Ion Transport Number)是电化学领域的关键参数,指在电解质溶液中特定离子所迁移的电流占总电流的比例。其数学表达式为: $$ t_i = frac{z_i u_i c_i}{sum z_j u_j c_j} $$ 其中$t_i$为离子迁移数,$z$表示电荷数,$u$为离子迁移率,$c$为浓度。该参数直接反映不同离子对导电过程的贡献差异。
在应用层面,离子迁移数的测算对锂离子电池电解液设计和燃料电池质子交换膜选型具有指导意义。例如,锂离子电池中Li⁺的高迁移数可降低浓差极化,提升充放电效率。工业标准《GB/T 34872-2017 锂离子电池电解液导电率测试方法》中明确要求测定相关离子的迁移特性。
该参数的实验测定主要采用Hittorf法和电动势法。中国化工学会《电化学测量技术手册》指出,温度、溶剂极性和离子缔合度是影响迁移数的主要因素。北京大学《物理化学实验教程》中详细描述了移动界面法的操作规范及误差控制要点。
离子迁移数是电化学中的重要概念,用于描述特定离子在导电过程中所承担电荷传输的比例。以下是综合多个来源的详细解释:
离子迁移数(Transport Number)指某一离子运载的电荷量与通过电解质溶液总电荷量的比值。例如在锂离子电池中,锂离子的迁移数反映了其在总离子传输中的贡献比例。该参数适用于无浓度梯度的均匀电解质体系,且正负离子迁移数之和恒为1。
根据不同表述方式,迁移数主要有以下两种数学表达形式:
电荷量形式
$$ t+ = frac{Q+}{Q+ + Q-} quad , quad t- = frac{Q-}{Q+ + Q-} $$
其中$Q+$和$Q-$分别表示正、负离子迁移的电荷量,总和为总电荷量$Q$。
迁移速率形式
$$ t+ = frac{v+}{v+ + v-} quad , quad t- = frac{v-}{v+ + v-} $$
这里$v+$和$v-$分别代表正、负离子的电迁移速率。
主要受以下条件制约:
需要特别说明的是,在含离子聚集体的体系(如某些聚合物电解质)中,传统迁移数定义需修正,因为离子对虽然减少自由电荷数,但仍可参与导电。实际测量中常采用霍氏法(Hittorf法)或电动势法。
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