泵氧电极导电性及电解过程研究

论文摘要

本论文鉴于传统惰性阳极技术的止步不前，基于钇稳定氧化锆固体电解质的氧离子迁移性质，以建立“泵氧电极”为阳极的新型铝电解槽为目的，选取泵氧电极的导电性为研究对象，获得了如下主要研究结果：1．确定了La0.7Sr0.3MnO3粉末填充法来实现泵氧电极的导电引出。初步实验表明：镍铬丝—纳米级La0.7Sr0.3MnO3粉末填充是较优的导电引出方式；密封型泵氧电极可防止管内La0.7Sr0.3MnO3粉末被氟盐蒸气腐蚀；均匀电场可提高电解体系的电流。2．以乙二醇为溶剂，柠檬酸为配合剂，用溶胶凝胶—自蔓延燃烧法合成了La1-xSrxMnO3纳米阳极材料。探讨了制备过程中的最佳成胶温度，pH值，烧结温度；利用X衍射分析了掺锶量对晶体结构的影响；用数字电桥测定了不同掺锶量的样品的电导率；运用热重和红外光谱对粉体的形成过程进行了分析。实验结果表明，最佳制备条件是：成胶温度65℃，溶液初始pH值1.5，烧结温度800℃；粉体的电导率随掺锶量增加而增大，以x=0.3最大；自燃烧后La1-xSrxMnO3钙钛矿结构已初步形成且掺杂后钙钛矿结构没有改变，但晶胞参数发生了一定的变化。3．通过比较硅酸盐粘结剂和磷酸盐粘结剂各种配方的实际效果，确定了合理的配方和固化方式。配比为5gSiO2-5gZnO-3gMgO-4ml工业水玻璃，固化方式为室温下自然风干5h后直接在960℃下烘烤。4．对概念性“泵氧电解槽”进行实际运行，测定了电解系统的开路电压和分解电压。实验发现，电解系统的开路电压随着时间的延长而降低；实际分解电压小于理论分解电压，原因是泵氧电极的反应过程为双界面过程，反应机理复杂；固体电解质材料的成分对Al2O3的分解电压会产生重要影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 铝电解概况
• 1.2 现行惰性阳极的研究
• 1.2.1 惰性阳极的优点
• 1.2.2 惰性阳极的性能要求
• 1.2.3 现行各惰性阳极材料的特点和局限性
• 2固体电解质用于铝电解的研究'>1.3 ZrO₂固体电解质用于铝电解的研究
• 2固体电解质材料的发展和应用'>1.3.1 ZrO₂固体电解质材料的发展和应用
• 1.3.2 SOFC型阳极用于铝电解的研究
• 1.4 泵氧电极的研究意义
• 1.5 泵氧电极的工作原理
• 1.6 泵氧电极的优点
• 1.7 本论文的主要研究内容
• 第二章 泵氧电极的导电引出
• 2.1 导电引出方式的选择
• 2.1.1 金属材料导电引出
• 2.1.2 金属陶瓷导电引出
• 2.1.3 混合电导氧化物导电引出
• 2.1.4 Mo/MoO混合物导电引出
• 2.2 泵氧电极的制备
• 2.3 实验
• 2.3.1 实验原料
• 2.3.2 实验仪器
• 2.3.3 实验过程
• 2.4 泵氧电极导电性分析
• 2.4.1 导电引出连接方式对电解体系的影响
• 2.4.2 密封型泵氧电极对电解体系的影响
• 2.4.3 均匀电场对电解体系的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 锶掺杂锰酸镧的制备和电导率的测定
• 3.1 前言
• 3.2 有机试剂的选择
• 3.3 掺杂金属的选择
• 3.4 粉体制备过程分析
• 3.4.1 溶胶—凝胶的转变过程
• 3.4.2 凝胶的干燥
• 3.4.3 干凝胶的自蔓延燃烧
• 3.4.4 干凝胶的煅烧
• 3.5 锶掺杂锰酸镧的制备
• 3.5.1 实验原料
• 3.5.2 实验仪器
• 3.5.3 实验方法
• 3.5.4 分析方法
• 3.5.5 制备条件参数分析
• 3.6 锰酸锶镧高温电导测定
• 3.6.1 实验仪器
• 3.6.2 试样压制
• 3.6.3 实验过程
• 1-xSr_x Mn O₃电导率分析'>3.6.4 La_1-xSr_x Mn O₃电导率分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 泵氧电极的粘结密封研究
• 4.1 粘结接头的设计
• 4.1.1 粘接接头的构成及其破坏类型
• 4.1.2 粘接接头的设计
• 4.2 高温密封胶的制备
• 4.2.1 硅酸盐类粘结剂
• 4.2.2 磷酸盐类粘结剂
• 4.3 本章小结
• 第五章 泵氧电极铝电解过程
• 5.1 实验原料
• 5.2 实验仪器
• 5.3 实验方法
• 5.4 电解测试装置的可靠性
• 5.4.1 电解测试装置的温度可靠性
• 5.4.2 电解测试装置的I-U测试可靠性
• 5.5 开路电压的测定
• 5.6 分解电压
• 5.6.1 理论分解电压的计算
• 5.6.2 实际分解电压的测定
• 5.6.3 实际分解电压的分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 全文结论
• 6.2 研究建议
• 参考文献
• 致谢
• 学位攻读期间主要研究成果