铝电解用TiB_2-C惰性阴极材料的无压烧结过程研究

以TiB2、石墨、沥青、热固性树脂为原料,采用低温炭化-烧结工艺制备了TiB2-C惰性阴极复合材料,采用TG对TiB2-C在高温下的热失重过程进行了研究,采用XRD、SEM分析了TiB2-C惰性阳极的显微组织。实验结果表明:炭化工艺应采用"两头快、中间慢"的升温制度,才能保证材料炭化烧结的成品率和均质化;经过优化工艺获得的样品经过炭化后其表层主要由TiO2、石墨C、TiC和TiC0.7N0.3组成,内层主要由TiB2、石墨C、TiC和TiC0.7N0.3组成,其中元素N和O可能来源于保护气体Ar中的杂质气体和由于炉膛气密性较差而引入的空气。     

电解铝用TiB2惰性可润湿性阴极材料的研究现状

TiB2能被铝液良好润湿,而且还耐熔融铝液和冰晶石熔体的侵蚀,熔点高,导电率高。本文简要介绍了传统电解铝阴极材料的发展现状以及新型TiB2惰性阴极材料的作用机理及优点,系统叙述了国内外关于TiB2涂层阴极、TiB2陶瓷阴极、TiB2基复合阴极的研究现状。     

Na和铝电解质对振动成型TiB2惰性阴极的渗透

采用振动成型的TiB2和石墨分别作为Na和铝电解质渗透实验的阴极材料,在工业铝电解条件下电解5 h,考察了Na和铝电解质对其腐蚀渗透情况. XRD分析结果表明,振动成型TiB2阴极的基体中未发现Na或F的单质及化合物,而在石墨阴极中则有NaF和Na3AlF6等物质存在. SEM及EDS分析结果表明,Na, F, Al等元素渗透到TiB2阴极基体中的量极少,渗透到石墨中的量则较多. 可见振动成型TiB2阴极能够有效减缓Na和铝电解质的渗透,但并不能完全阻止.     

石墨/TiC、石墨/TiB2复合电极材料的研制

在不同的熔融介质中,分别制得了石墨／ＴｉＣ和石墨／ＴｉＢ２复合电极材料。实验结果表明, ＴｉＣ和ＴｉＢ_２的生成反应主要受离子通过产物层的扩散步骤控制。扫描电镜分析表明,ＴｉＣ产物层和ＴｉＢ２产物层与石墨基体结合致密,但产物层不够均匀。     

TiB2对放电等离子烧结法合成Ti3AlC2/TiB2复合材料性能和结构的影响

放电等离子烧结合成了Ti_3AlC_2/TiB_2复合材料,对其进行了密度、硬度、相含量、断裂韧性和弯曲强度以及微观结构的测试,比较系统地研究了TiB_2对Ti_3AlC_2/TiB_2复合材料性能和结构的影响。实验结果表明:在Ti_3AlC_2中添加适量的TiB_2,可以在断裂韧性略有降低的情况下,得到高硬度和高弯曲强度的致密的Ti_3AlC_2/TiB_2复合材料。     

TiB2材料氧化的热力学分析

采用物质吉布斯自由能函数法,对TiB2材料的氧化进行了热力学分析.热力学计算结果表明: TiB2材料从室温到高温均可以与氧发生反应生成TiO2;当温度T＜1450 K时,氧化产物为TiO2固相和B2O3液相,在氧化行为上表现为氧化增重;当温度T＞1450 K时,由于B2O3蒸气挥发,在材料中留下孔隙,增加了TiB2材料与氧气的接触面积,TiB2材料的氧化进程加速,此时,TiB2材料的抗氧化性逐渐下降;在PB2O3=101325 Pa的条件下,TiB2材料由"钝化氧化"向"活化氧化"的转变条件为T=1450 K;在氧化性气氛下,氧化反应的产物为TiO2,而随着氧分压降低,Ti4O7、Ti3O5、Ti2O3、TiO等氧化产物均有可能出现,尤其是在氧分压很低的情况下,TiO生成的可能性增大.     

添加物对MgO-ZrO2-C材料性能的影响

研究了Al和Si添加物对镁锆炭砖碳化烧成后膨胀性能的影响及机理。结果表明 :Al和Si在高温下氧化成Al2 O3和SiO2 ,继而与CaZrO3或用于稳定氧化锆的稳定剂反应 ,生成铝酸钙、MA、C2 S和M2 S,另外 ,C2 S和ZrO2 还发生了晶型转变。这一系列反应使试样产生很大的体积膨胀 ,从而破坏了制品结构。因此 ,与镁炭砖不同 ,Al和Si不但不能增强镁锆炭砖 ,而且使其结构破坏和耐侵蚀性降低。     

TiB2-TiSi2复相陶瓷的氧化行为研究

采用等温氧化增重法,研究了1650℃热压烧结的TiB2-TiSi2复相陶瓷的高温氧化行为.通过XRD、SEM等分析手段,研究了高温氧化层的物相组成与显微结构,并结合热力学计算,探讨了TiB2-TiSi2复相陶瓷高温抗氧化机理.研究表明:TiB2-TiSi2复相陶瓷的氧化增重随时间变化符合抛物线变化规律;随着在空气中氧化时间延长,氧化增重初期增加较快,进而增加较为平缓,进入钝化氧化阶段;TiB2-TiSi2复相陶瓷的高温抗氧化机理为TiSi2先于TiB2与氧发生反应形成TiO2与SiO2保护层,阻碍了氧气与材料的进一步接触,使材料具有高温自愈合抗氧化性,提高了TiB2-TiSi2复相陶瓷的高温使用温度.     

碳源对Al2O3-C材料性能、显微结构的影响

以棕刚玉为骨料,煅烧α-Al2O3粉为基质,并以天然鳞片石墨和膨胀石墨为碳源,研究了加入天然鳞片石墨/膨胀石墨为4wt%/0,4wt%/0.5wt%,4wt%/1wt%,0/4wt%时Al2O3-C材料的性能及显微结构的变化,旨在获得Al2O3-C材料的良好的性能及显微结构,达到低碳化的目的。研究表明:随着膨胀石墨加入量增多,显气孔率显著提高,体积密度明显降低;常温及高温强度随着膨胀石墨加入量的增多大幅度降低;通过SEM观察到膨胀石墨微晶分散在基质之间,起到分散剂的作用;当只加入4wt%膨胀石墨时,试样内没有碳化硅晶须生成。     

阴极材料及结构对电化学法水处理性能的影响

针对工业循环冷却水的结垢问题,实验研究了不同阴极(钛板、铜板和钛网)对电化学处理后水样的总溶解性固体和电导率的影响,得出阴极材料及结构对电化学法水处理性能的影响规律。结果表明,阴极为钛板时,最佳电解电压为25 V;阴极为铜板时,水中成垢离子的去除率与电解电压呈正比;阴极为钛网时,电解电压对电化学法水处理性能影响较小;钛板作阴极时的处理性能优于铜板;阴极为钛板时的处理性能优于钛网。     

Electrodeposited TiB2 on graphite as wettable cathode for Al production

Titanium diboride (TiB₂) is considered as a promising cathode material for Al production. However, the manufacture of TiB₂ cathodes is facing numerous challenges. In this study, electrodeposition of TiB₂ on graphite was performed in molten fluoride (FLiNaK) electrolyte at 600°C by using a periodically interrupted current technique for various electrodeposition times (from 10 to 75 minutes) and at two different current densities (−0.12 and −0.5 A/cm²). It is shown that the TiB₂ coating morphology/microstructure strongly depends on the applied current density. Denser coatings were obtained at j_on = −0.12 A/cm² with a growth rate of ca. 0.7 µm/min. The thicker films display a preferential crystallographic orientation along the [110] plan. At j_on = −0.5 A/cm², TiB₂ coatings are deposited at a growth rate of ca. 6 µm/min with no crystallographic texture. They present a porous and stratified morphology with numerous transversal macrocracks. All TiB₂ coatings show excellent wettability for molten Al as confirmed by sessile drop experiments. However, significant molten Al infiltration occurs in the TiB₂ coatings, which accumulates at the coating/graphite interface, inducing the coating delamination.     

废旧锂离子电池正极材料除铝技术研究进展

近年来,随着锂离子电池的快速发展,相应的废旧锂离子电池回收和再循环过程受到了越来越多的关注。铝作为废旧锂离子电池正极材料的主要杂质之一,吸引了学者们的广泛讨论和深入研究。现阶段工业上主要采用中和法除铝,通过向酸性浸出液中加入CaO等碱性物质生成Al(OH)3脱除,但存在渣量大、过滤难、易造成镍、钴等有价金属损失等问题。针对上述问题,学者们在预处理除铝、中和除铝和萃取除铝等方法上开展了广泛的研究。本工作通过分析调研国内外相关文献,详细评述了现有的废旧锂离子电池正极材料除铝方法,简要介绍了各方法的原理和优缺点,并展望了除铝方法技术的发展方向。     

原位合成的ZrO2/TiB2复合陶瓷材料摩擦磨损特性研究

对原位合成的ZrO2/TiB2复合陶瓷材料进行了室温下的摩擦磨损性能试验研究,利用扫描电镜对其磨损表面进行观察.结果表明:复合材料随着TiB2含量的增加摩擦系数减小,其抗磨损能力增强.磨损机理为微观切削和机械冷焊.     

锂离子电池正极材料铌掺杂LiNiO2 的制备与电化学性能

为了提高LiNiO₂的电化学性能,用固相反应法制备了铌掺杂LiNiO₂材料,并用X射线衍射（XRD）分析、恒电流滴定技术（GITT）、电化学阻抗谱（EIS）等方法研究铌掺杂量对LiNiO₂的结构和性能的影响。结果表明适量的铌（Nb）掺杂可以提高LiNiO₂层状结构的有序程度,降低Li⁺/Ni²⁺混合程度,降低电荷转移阻抗,提高活性材料中锂离子的扩散系数。其中LiNi_0.99Nb_0.01O₂在0.5C循环100次的容量保持率为91.4%,5C时放电比容量为143 mA·h/g。而未掺杂铌的LiNiO₂在相同条件下的容量保持率和比容量仅为69.2%和127 mA·h/g。结果说明铌掺杂能够有效提高LiNiO₂的电化学性能。     

ZrO2包覆对层状氧化物正极材料储钠性能的改善

层状氧化物正极材料具有良好的结构稳定性和较高的充放电比容量,是一类理想的钠离子电池正极材料。本工作研究了层状氧化物正极材料NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2表面修饰对其电化学性能的影响,采用固相球磨法在正极材料表面包覆一层纳米ZrO2,采用形貌、结构、电化学方法等研究了包覆后性能改进机理。研究结果表明,ZrO2在NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2表面形成一层惰性保护层,有效隔开了电解液与正极材料的接触,缓解了电解液的分解速度,抑制了金属离子的溶出速度,从而显著改善了电池的循环性能以及高温性能。在ZrO2包覆修饰后,55℃下正极材料相比于未包覆的正极材料有明显提升,100次循环后容量保持率达到83.6%,高于未包覆的75.2%。此外,包覆后的NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2正极材料在空气环境存储后,稳定性得到明显提高。     

Effect of silver catalyst on the activity and mechanism of a gas diffusion type oxygen cathode for chlor-alkali electrolysis

Application of a gas-diffusion type oxygen cathode will contribute to energy saving in chlor-alkali electrolysis. For this purpose the development of gas-diffusion electrodes with high performance and durability is essential. We have investigated the performance for oxygen reduction and the mechanism of its on gas-diffusion electrodes with and without Ag catalyst in order to develop such oxygen cathodes with high performance and durability. It has been found that an electrode with no catalyst, that is, carbon support only in the reaction layer, shows electrochemical activity for oxygen reduction in 32 wt % NaOH at 80 °C and 1 atm O₂, but loading of 2 mg cm^–2 Ag of particle size 300 nm, not only improves the activity by about 100 mV but promotes the four-electron reduction to produce OH^–, while H₂O₂ is the predominant reaction intermediate in the absence of the Ag catalyst. The production of H₂O₂ has been demonstrated by conducting CV measurements to detect H₂O₂ in the anodic scan after a cathodic sweep up to 0.3 V vs RHE. It has been shown that the gas-diffusion type oxygen cathode with Ag catalyst has the high performance and durability necessary for chlor-alkali electrolysis.     

Ag掺杂VO2(B)正极材料的合成及其电化学性能

以V₂O₅、C₁₂H₂₂O₁₁和AgNO₃为原料,采用水热法制备Ag掺杂VO₂（B）正极材料,通过XRD、FESEM、XPS、EDS、循环伏安（CV）、交流阻抗（EIS）等表征手段,研究掺Ag对VO₂（B）的结构、形貌及电化学性能的变化规律。结果表明,当掺杂量为0.43%（atom）时,样品（Ag₁）首次放电比容量为340.5 mA·h·g^-1,较未掺杂样品（Ag₀）提高了80.5%。当掺杂量为1.28%（atom）时,样品（Ag₃）表现出最好的循环稳定性,首次放电容量为213.6 mA·h·g^-1,100次循环后,容量保持率为58.3%。     

Development of al-doped MgMn2O4-based cathode materials for magnesium ion cells

Magnesium ion battery is an alternative for secondary battery instead of lithium ion battery due to its advantages of low cost, safety and environment friendly. Magnesium (Mg) is safer compared to lithium (Li) where it has high stability in contact of air and prevent the formation of dendrites during electrochemical cycling. The cathode materials of un-doped MgMn₂O₄ and Al-doped MgMn_2-xAl_xO₄, x = .01, .02, .03 were prepared using self-propagating combustion method with triethanolamine fuel as a reducing agent. All samples (powder form) were annealed at 700˚C in 6 h based on the thermogravimetric analysis results. The samples were been characterized using X ray diffraction, field emission electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and high-resolution transmission electron microscopy to study structural and morphological properties of the samples. Electrochemical properties of linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry, and charge-discharge capacity were performed in 1 M Magnesium Trifluoromethanesulfonate (MgTf₂) with ratio 1:1 of ethylene carbonate: dimethyl ether electrolyte. The discharge capacity of magnesium ion cells using Al-doped cathode material showed the improvement of 68% compared to the un-doped sample.