純氧化鋯（ZrO2）不導電，摻雜一定比例的低價金屬物作為穩(wěn)定劑，如氧化鈣（CaO2）,、氧化鎂（MgO）,、氧化釔（Y2O3），就具有高溫導電性,，成為氧化鋯固體電解質,。

       為什么加入穩(wěn)定劑后，氧化鋯就會具有很高的離子導電性呢,？

       這是因為,，摻有少量CaO2 的ZrO2混合物，在結晶過程中,，鈣離子進入立方晶體中,，置換了鋯離子。由于鋯離子是+4價,，而鈣離子是+2價,，一個鈣離子進入晶體，只帶入了一個氧離子,，而被置換出來的鋯離子帶出了兩個氧離子,，結果，在晶體中便留下了一個氧離子空穴,。例如：（ZrO2）0.85 （CaO2）0.15這樣的氧化鋯（氧化鋯的摩爾分數為85%,、氧化鈣的摩爾分數是15%），則具有7,。5%的摩爾分數的氧離子空穴,，是成了一種良好的氧離子固體電解質。

       在一個高致密的氧化鋯固體電解質的兩側,，用燒結的方法制成幾微米到幾十微米厚的多孔鉑層作為電極,，再在電極上焊上鉑絲作為引線，就構成了氧濃差電池,，如果電池左側通入參比氣體（空氣）,，其氧分壓為p0；電池右側通入被測氣體,，其氧分壓為p1（未知）,。

       設p0 > p1，在高溫下（650…850℃）,，氧就會從分壓大的p0一側向分壓小的p1側擴散,，這種擴散，不是氧分子透過氧化鋯從P0側到P1側,，而是氧分子離解成氧離子后,，通過氧化鋯的過程。

       在750℃左右的高溫中，在鉑電極的催化作用下,，在電池的P0側發(fā)生還原反應,，一個氧分子從鉑電極取得4個電子，變成兩個氧離子（O2-）進入電解質,，即：O2（P0）+ 4e →2O2-P0側鉑電極由于大量給出電子而帶正電,，成為氧濃差電池的正極或陽極。這些氧離子進入電解質后,，通過晶體中的空穴向前運動到達右側的鉑電極,，在電池的P1側發(fā)生氧化反應，氧離子在鉑電極上釋放電子并結合成氧分子析出,，即：2O2- - 4e →O2（P1）,，P1側鉑電極由于大量得到電子而帶負電，成為氧濃差電池的負極或陰極,。

       這樣在兩個電極上,，由于正負電荷的堆積而形成一個電勢，稱之為氧濃差電動勢,。當用導線將兩個電極連成電路時,，負極上的電子就會通過外電路流到正極，再供給氧分子形成離子,，電路中就有電流通過,。氧濃差電動勢的大小，與氧化鋯固體電解質兩側氣體中的氧濃度有關,。