Kubisch stabilisiertes Zirkondioxid (ZrO₂ + 12 mol% Y₂O₃ bzw. ZrO₂ + 10 mol% CaO) ist ein guter Leiter für Sauerstoffionen. Die elektronische Leitung ist dem gegenüber verschwindend gering. In der abgebildeten elektrochemischen Zelle (-) Pt(bl) | ZrO₂ | Pt(rev, O₂) (+) mit einer für Sauerstoffdurchtritt blockierenden (bl) und einer durchlässigen (reversiblen, rev) Platinelektrode ist der Fluß von Oxidionen blockiert.

Damit ergibt sich für den elektrochemischen Potentialgradienten der Oxidionen:

Die Konzentration der Oxidionen im Zirkondioxid ist nahezu unabhängig vom Sauerstoffpartialdruck (vom chemischen Potential der Komponente Sauerstoff):

Daraus folgt, daß das elektrische Potential innerhalb des Elektrolyten ebenfalls konstant sein muß:

Es baut sich als Funktion der an den Elektroden angelegten elektrischen Potentialdifferenz U ein chemischer Potentialgradient (Konzentrationsgradient) der elektronischen Ladungsträger und damit ein chemischer Potentialgradient der Komponente Sauerstoff (bzw. Zirkonium, Gibbs-Duhem) auf:

Die Differenz der Sauerstoffaktivitäten bzw. -partialdrucke hängt damit direkt von der angelegten elektrischen Potentialdifferenz ab:

Wenn die Sauerstoffaktivität auf der Seite mit der durchlässigen Elektrode auf lg a_O2 = -0,7 (Luft: 0,2 bar O₂) fixiert, ist erreicht man bei 500 °C und einer Spannungsdifferenz von 2,5 V auf der Seite der blockierenden Elektrode eine Sauerstoffaktivität von lg a_O2 = -64. Dies entspricht der Sauerstoffaktivität über Zirkondioxid im Gleichgewicht mit Zirkoniummetall (Zersetzungsspannung).

Letzte Änderung: 16. Oktober 2001 (C. Korte)