锂电解过程中杂质元素的电化学行为

采用循环伏安法研究了锂电解过程中杂质元素的电化学行为。电解过程中杂质元素镁将优先于锂在阴极析出, 然后是金属锂的欠电位沉积形成镁锂合金, 最后才是金属锂的析出, Mg ²⁺的还原电极过程受扩散控制, 扩散系数为1.44×10 ^-5 cm ²/s;微量的Ca ²⁺即发生钙锂共沉积;在含少量氯化钠的熔盐体系中, 杂质元素钠被锂还原并形成合金, 随着电解质体系中氯化钠含量的增加, 金属锂中的钠含量有较大的增加;杂质元素铁优先于锂在阴极析出, 在阴极被还原成海绵铁使阴极钝化, 引起熔盐体系锂的析出电流急剧降低, Fe ³⁺的还原电极过程受扩散控制, 扩散系数为3.14×10 ^-5 cm ²/s。     

脉冲参数对NaCl-KCl-TiCl2熔盐中电沉积钦的影响

钛镀层的质量主要取决于其形貌和致密度.采用恒电流电镀得到的钛镀层极易产生枝晶,因而质量较差.本文采用循环伏安法和换向计时电位法,在含5.4%(质量分数)Ti2+的NaCl-KCl-TiCl2熔盐中研究了Ti2+的阴极电化学行为.结果表明,钛的阴极还原是一个一步反应,且主要受扩散控制.为避免枝晶,在上述熔盐体系中,以不锈钢为阴极,采用脉冲电流法进行镀钛.当周期为10S,通断比为5:5时,在电流密度为0.3 A/cm2的条件下,可以制备出颗粒尺寸大且致密的钛镀层,其电流效率接近90%.     

La_(0.8–x)Ba_xSr_(0.2)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3–δ)阴极材料的结构与性能

采用溶胶–凝胶法制备了La0.8–xBaxSr0.2Co0.8Fe0.2O3–δ(LBSCF)阴极粉体。对LBSCF的晶体结构、材料表面的化学状态、烧结体的断面微结构及电导率进行了表征。用交流阻抗谱法在550~700℃范围测试了LBSCF-30%SDC(Sm0.2Ce0.8O1.9)复合阴极的电化学性能。结果表明:LBSCF粉体主晶相为六方晶系钙钛矿结构,存在少量的第二相。XPS结果显示,Ba2+掺杂不影响A位离子(La3+、Ba2+、Sr2+)的价态,但对B位离子的价态有不同的影响:x=0.10的样品中,钴离子以Co3+和Co4+混合价态存在,其余样品中以低氧化态(Co3+和Co2+混合价)或Co3+价存在;铁离子以高氧化态(Fe3+和Fe4+)存在。在500~700℃空气气氛中,LBSCF的电导率均超过700 S/cm,在同一温度下,电导率随着Ba2+掺杂量的增加而增大。x=0.20的样品在500℃时,电导率最大可达1.59×103 S/cm。随着Ba2+含量增加,极化电阻减小,x=0.20时,复合阴极LBSCF-30%SDC的极化电阻最小,700℃时的极化电阻为0.20?·cm2。     

Bi(Ⅲ)在NaCl-KCl熔盐体系中的电化学行为

为开发环境友好型铋提取技术,在700℃下采用循环伏安、方波伏安和计时电位等方法研究了NaCl-KCl熔盐体系中Bi(Ⅲ)在玻碳电极上的电化学行为。在–0.3 V (vs. Ag/AgCl)电位下以玻碳电极为工作电极对NaCl-KCl-BiCl_3进行恒电位电解。结果表明,Bi(Ⅲ)在NaCl-KCl熔盐体系中的还原反应是一步得到3个电子的准可逆反应Bi3++3e-=Bi,起始还原电位为0.05 V (vs. Ag/AgCl),该反应受扩散控制。Berzins-Delahay方程和Sand方程计算的700℃下Bi(Ⅲ)在熔盐中的扩散系数分别为0.83×10~(–5)和1.0×10~(–5) cm~2/s。阴极产物为致密纯金属Bi,不含杂质。     

电火花加工用铜基镍–氧化铝复合电极的制备及性能

以纯铜棒为基体,采用复合电镀技术制备了Ni–Al2O3复合电极。镀液组成和工艺条件为:Ni SO4·6H2O 250~300 g/L,Ni Cl2·6H2O 40~50 g/L,Al2O3 10~60 g/L,H3BO3 35~40 g/L,十二烷基硫酸钠0.05 g/L,p H 3~4,阴极平均电流密度2~6 A/dm2,温度30~70°C,时间3 h。分析了镀液中Al2O3颗粒添加量、温度和阴极电流密度对Ni–Al2O3复合镀层Al2O3含量、均匀性和显微硬度的影响。分别以Ni–Al2O3复合电极和纯铜电极为工具,对W7Mo4Cr4V2Co5高速钢进行电火花加工(EDM)试验。在Al2O3添加量30 g/L、阴极电流密度3 A/dm2、温度50°C的条件下,所得镀层厚度为100μm,Al2O3颗粒体积分数为14.48%,显微硬度为434.72 HV,综合性能最佳。Ni–Al2O3复合电极在EDM试验中的相对质量损耗约为纯铜电极的1/5,抗电蚀性更优。     

超声脉冲电沉积镍–氧化锆–氧化铈纳米复合镀层

在超声场中采用脉冲沉积法制备了Ni–ZrO2–CeO2二元纳米复合镀层。镀液组成和基础工艺条件为:氨基磺酸镍300 g/L,H3BO3 30 g/L,NH4Cl 5 g/L,润湿剂0.15 g/L,ZrO2 20 g/L,CeO235 g/L,温度(45±2)°C,pH 3.8±0.1,时间2 h。研究了平均电流密度、占空比和脉冲频率等对Ni–ZrO2–CeO2复合镀层中纳米颗粒含量的影响。采用静态浸泡法研究了不同脉冲参数下制备的纳米复合镀层在10%H2SO4溶液中的耐腐蚀性。结果表明,在平均电流密度4 A/dm2、占空比0.4、频率1 000 Hz条件下脉冲电沉积时,Ni–ZrO2–CeO2复合镀层中纳米颗粒的含量最高,表面最细致。超声波的引入使复合镀层中纳米颗粒的含量有少许降低,但能细化晶粒,提高复合镀层的耐腐蚀性能。Ni–ZrO2–CeO2复合镀层的耐腐蚀性优于相同工艺条件下制备的纯Ni、Ni–ZrO2以及Ni–CeO2镀层。     

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3–δ)–Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)复合阴极的制备及性能表征

分别采用凝胶浇注法和甘氨酸–硝酸盐法制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ(LSCF)粉体与Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)粉体,随后制备出不同比例的LSCF–SDC复合阴极。用X射线衍射分析粉体的化学稳定性,用扫描电子显微镜观察复合阴极的微观结构,在500～800℃范围内测量其热膨胀系数和电导率。采用丝网印刷法将LSCF–SDC涂覆在SDC电解质片上,在1100℃烧结4h。用交流阻抗法在600～800℃范围内测量不同成分的LSCF–SDC复合阴极和SDC电解质的交流阻抗谱。结果表明:LSCF和SDC粉体具有良好的化学相容性,烧结体具有多孔结构,LSCF–SDC复合阴极与SDC电解质可形成良好的接触界面。SDC的加入在降低阴极材料的热膨胀系数的同时还保持了其本身较高的电导率,在中温范围内,电导率达到500S/cm以上。复合阴极的极化电阻随着SDC的含量增加而减小,当SDC含量为30%时,复合阴极的极化电阻最小,在700℃空气中测试得到的界面电阻为0.32Ω·cm2。     

固体氧化物燃料电池双钙钛矿SmBaCoFeO5+δ阴极材料的结构与性能EI北大核心CSCD

通过柠檬酸硝酸盐燃烧法制备中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)双钙钛矿阴极材料SmBaCoFeO5+δ(SBCFO)粉体,并系统研究了该材料在中温段的晶体结构特征、热膨胀性能、离子–电子传输特性、电化学催化活性以及电池功率特性。结果表明:SBCFO在室温下为P mmm正交结构,在300℃时材料转变为P 4/mmm四方结构。SBCFO的热膨胀系数在25~200℃和200~900℃范围内分别为15.7×10^–6 K^–1和19.6×10^–6 K^–1。SBCFO阴极在600~800℃温度范围内电导率超过100 S/cm。在700,750,800和850℃时,空气(50 mL/min)气氛中,SBCFO/La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)/SBCFO对称电池极化电阻分为0.210,0.100,0.054和0.032Ω?cm2。SBFCO双钙钛矿阴极氧还原反应的限速步骤是表面吸附氧分子解离成氧原子的过程。以SBCFO为阴极组装电解质支撑型单电池Ni-Gd0.1Ce0.9O2–δ/La0.4Ce0.6O2/LSGM(300μm)/SBCFO,800℃时,其最大功率密度达到831 mW/cm^2。     

去合金化法制备多孔镍–硫–钴电极及其催化析氢性能

采用去合金化法制备了多孔Ni–S–Co(p-Ni–S–Co)合金电极。先依次电沉积制备Ni–S–Co中间层、Ni–S–Co–Zn合金镀层,随后将Ni–S–Co–Zn合金镀层浸泡于50°C的6 mol/L NaOH溶液中8 h以除去镀层中的Zn,即得p-Ni–S–Co合金镀层。表征了多孔镀层的形貌和结构,采用电化学方法着重研究了其催化析氢性能。结果表明,p-Ni–S–Co镀层由带花形纹理的球形颗粒构成,颗粒表面存在大量开放性孔隙,有效增大了镀层的比表面积。p-Ni–S–Co电极在20°C的28%NaOH溶液中时,电流密度为135 mA/cm2下的析氢超电势为108 mV,真实交换电流密度为3.95×10 4mA/cm2,催化析氢性能明显优于普通Ni–S–Co合金电极。     

航空煤油在不同价态金属离子交换介孔材料上的深度吸附脱硫

采用离子交换法,将不同价态的金属离子Ag+,Ni2+,Ce3+交换到铝化的大孔径SBA-15介孔材料(SBA-15-L)上,制备了吸附剂Ag/Al-SBA-15-L,Ni/Al-SBA-15-L,Ce/Al-SBA-15-L。脱硫实验表明,所制备的吸附剂可将硫含量为0.015(wt)%的模拟航空煤油,脱硫至硫含量低于0.0001(wt)%,并且Ag/Al-SBA-15-L的吸附脱硫能力强于Ni/Al-SBA-15-L和Ce/Al-SBA-15。通过ICP-AES分析表明,在铝化的大孔SBA-15上,Ag+的交换量分别是Ni2+和Ce3+的13和65倍。达到吸附饱和时,每个活性中心离子Ag+、Ni2+、Ce3+上可分别吸附0.027,0.570,0.752个硫原子,即金属离子固有的吸附脱硫能力为Ce3+>Ni2+>Ag+。     

CaCl2–TiCl2熔盐体系中制备高纯钛

以海绵钛为阳极,纯钛板为阴极,钛离子质量分数为3%~8%的CaCl2–TiCl2混合熔盐作电解质,在温度为1 173 K,阴极电流密度为0.05~0.80 A/cm2的条件下,电解制备了高纯钛。研究了阴极电流密度和钛离子质量分数对阴极电流效率和产物中杂质含量的影响,确定了最佳精炼条件为:阴极电流密度为0.50 A/cm2,钛离子质量分数为6%,电解温度为1 173 K。原料钛的纯度约为98.65%,经优化条件电解后钛的纯度可提高至99.95%。通过扫描电镜对不同电解条件下所得产物形貌进行了表征。     

以（Cu–Ce–Zr–O）–ScSZ为阳极的固体氧化物燃料电池的制备及性能

采用浸渍法制备掺Cu的Ce–Zr–O固溶体。以掺Cu的Ce–Zr–O固溶体和Sc2O3稳定的ZrO2（scandium oxide-stabilized zirconia,ScSZ）为原料,制备可抗积碳的（Cu–Ce–Zr–O）–ScSZ多孔阳极。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对固溶体和多孔阳极的物相组成和形貌进行表...     

电镀制备镍–碳化钨复合电极及其抗电蚀性能

采用复合电镀工艺在纯铜棒表面制备了Ni–WC复合镀层。镀液组成和工艺条件为:NiSO_4·6H_2O 250~300 g/L,NiCl_2·6H_2O 40~50 g/L,H_3BO_3 30~45 g/L,十二烷基硫酸钠0.05 g/L,WC微粒(平均粒径400 nm)25~45 g/L,温度30~50°C,电流密度2.0~4.0 A/dm2,时间4 h。研究了WC添加量、阴极电流密度及镀液温度对Ni–WC复合镀层的WC含量和显微硬度的影响。WC添加量为35 g/L,镀液温度为40°C和阴极电流密度为3.0 A/dm~2,所得Ni–WC复合镀层的厚度为103μm,WC质量分数为29.95%,显微硬度为322.4 HV。分别采用Ni–WC复合电极、纯铜电极和纯镍电极为工具电极,对W_7Mo_4Cr_4V_2Co_5高速钢进行电火花加工。结果表明,最佳工艺下制备的Ni–WC复合电极的损耗率分别为纯铜电极和纯镍电极损耗率的72%和62%。     

Ti和NiTi表面Ni–Ti–O纳米层的显微结构及电催化性能

采用水热合成法在钛片和镍钛片表面制备了多种形貌的Ni–Ti–O纳米层。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察Ni–Ti–O纳米层的微观形貌。用循环伏安法初步研究了Ni–Ti–O纳米层对甲醇的催化氧化能力。结果表明:水热合成过程中溶液的Ti/Ni浓度比和基体材料种类对产物的微观形貌有重要影响。随着溶液中镍浓度的升高,纯Ti片上纳米层颗粒逐渐变小,分布变得均匀;NiTi片表面的纳米层则从纳米线束状结构转变为Ni–Ti–O纳米片结构。当溶液中无TiCl_4时,Ti片表面的产物为垂直于其生长的纳米薄片。与纯钛片相比,以镍钛合金片作为基体制备的电极对甲醇的电催化性能更好。     

硫酸高铈对低碳钢表面化学镀镍–锌–磷的影响

为了改善镍–锌–磷合金镀层的性能,在基础镀液中添加硫酸高铈,在低碳钢钢管表面进行化学镀镍–锌–磷合金。通过称重法和在5%Na Cl溶液中的耐蚀时间测试以及采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和电感偶合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)考察了镀液中Ce(SO4)2浓度对镀速和镀层的表面形貌、耐蚀时间和晶体结构的影响。随着Ce(SO4)2浓度的增大,镀速和耐蚀时间先升高后下降,镀层的表面形貌和晶体结构先得到改善后劣化。适宜的Ce(SO4)2用量为15 mg/L。与基础镀液比较,含15 mg/L Ce(SO4)2的镀液镀速从3.7 mg/(cm2·h)提高至4.4 mg/(cm2·h),所得镀层平整、光亮、均匀和致密,非晶相程度提高,耐蚀时间从240 h延长至275 h。     

聚苯胺/涤纶织物化学镀镍-铁合金及其电磁屏蔽性能

以聚苯胺/涤纶为柔性基材,通过化学镀Ni–Fe合金制备了对电磁波具有高吸收低反射的Ni–Fe/PANI/PET复合织物。研究了预镀镍时间、化学镀Ni–Fe合金时间及其镀液中Ni²⁺与Fe²⁺的质量浓度比对Ni–Fe/PANI/PET复合织物电导率、电磁屏蔽性能和微观结构的影响。结果表明：先预镀镍40 min,再在Ni²⁺与Fe²⁺的质量浓度比为4∶1、总质量浓度为10 g/L的条件下化学镀Ni–Fe合金40 min,所得复合织物的电导率最高为103 S/cm,力学性能良好。此外,Ni–Fe/PANI/PET复合织物在0.03～3 000 MHz波段表现出高吸收低反射的电磁屏蔽性能。     

梯度电流密度下电沉积制备铜-镍-钼合金电极及其性能研究

采用梯度电沉积法制备铜基Cu–Ni–Mo合金电极,电流密度参数为:10 mA/cm^2×5 min+30 mA/cm^2×40 min+50 mA/cm^2×5 min。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了Cu–Ni–Mo合金镀层的表面形貌、元素组成、相结构和各元素的化学价态,并通过线性扫描伏安曲线(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)和计时电流法对比了Cu–Ni和Cu–Ni–Mo合金电极在1 mol/L KOH溶液中的析氢性能和稳定性。结果表明,所得Cu–Ni–Mo合金镀层是呈花椰菜多孔形貌的非晶态结构。与Cu–Ni合金电极相比,Cu–Ni–Mo合金电极具有更大的比表面积,可为析氢反应提供更多活性位点,表现出更好的析氢性能,稳定性也更好。     

电沉积制备泡沫镍/镍–硫–二氧化钛复合电极及其析氢催化活性

以泡沫镍为基体,利用电沉积法制备Ni–S–TiO_2多孔复合电极,镀液组成和工艺条件为:NiSO_4·6H_2O 180~250 g/L,H_3BO_3 35~40 g/L,硫脲100~150 g/L,TiO_2纳米微粒(粒径约为20 nm)5~20 g/L,表面活性剂0.1 g/L,pH 3.5~4.0,温度45°C,电流密度30 mA/cm~2,机械搅拌速率250~300 r/min,时间30 min。研究了镀液中TiO_2添加量对复合电极析氢活性的影响。采用扫描电镜和X射线衍射仪表征了Ni–S–TiO_2复合电极的表面形貌和晶态结构。利用阴极极化曲线和电化学阻抗谱测试研究不同电极在1 mol/L NaOH溶液中的析氢催化活性,并通过计时电位法研究电极的稳定性。结果表明,Ni–S–TiO_2电极由纳米TiO_2粒子相和非晶态Ni–S相构成,其析氢催化活性和稳定性优于Ni–S电极。     

添加剂对锡–银–铜共沉积的影响

通过测定循环伏安曲线、镀层表面形貌和X射线衍射谱图,研究了单一的烷基糖苷(APG)或APG+槲皮素的组合添加剂对Sn–Ag–Cu三元合金共沉积的影响。镀液的基础组成和工艺条件为:Sn(CH3SO3)20.18 mol/L,Ag2O 0.006 mol/L,Cu(CH3SO3)20.001 2 mol/L,硫脲0.06 mol/L,羧乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)1.0 mol/L,pH 5.0,温度25°C,电流密度6.6 mA/cm2,时间30 min。结果表明,镀液中APG或APG+槲皮素的存在使锡离子的扩散系数减小,Sn–Ag–Cu三元合金的共沉积过程受阻。镀液中加入1.00 g/L APG或1.00 g/L APG+0.05 g/L槲皮素后,Sn–Ag–Cu镀层外观改善,镀层结晶细致、均匀,晶面择优取向由Sn(211)转变为Sn(200)。因此,APG或APG与少量槲皮素的组合适合用作Sn–Ag–Cu共沉积的添加剂。     

阳极Ni–YSZ添加CeO2对固体氧化物燃料电池性能的影响

采用直接加入CeO2粉和通过Ce（NO3）3溶液包裹NiO粉2种方式对阳极Ni–氧化钇稳定型氧化锆（yttria stabilized zirconia,YSZ）进行修饰,分别研究其对固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）性能的影响,并与不添加CeO2的电池进行对比研究。以氢气为燃料气、在750℃对单电池进行电性能测试,采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和能谱仪对阳极的物相组成和断面形貌进行表征,通过透射电镜观察CeO2对NiO颗粒的包裹形貌。结果表明：通过Ce（NO3）3包裹NiO粉的方法所制备的电池,最大功率密度为0.938W/cm2。其添加的CeO2能有效地阻止Ni颗粒烧结,增强Ni在YSZ网络结构表面的分散,提高电池性能。