熔盐电解制取Mg-Li合金机理研究

论文摘要

本课题主要探讨了在熔盐体系中用阴极合金化法和共电沉积法电解制备Mg-Li合金的机理,本论文的主要研究内容和结论如下:利用循环伏安法,电位阶跃法以及X-射线衍射法（XRD）等研究了锂离子在镁电极上的电沉积机理,并采用扫描电镜（SEM）考察了合金化后电极的表面形貌,确定了LiCl-KCl熔盐体系中锂离子在镁电极上的中间反应产物及还原电位。研究结果表明,锂在镁电极上沉积形成α固熔体和β-MgLi合金的还原电位分别在-2.10V和-2.30 V附近。锂离子在镁电极上沉积形成α-Mg固熔体,电极过程受锂原子向镁电极中扩散控制;形成β-MgLi合金时,存在成核极化现象,成核过程为瞬间成核过程。扫描电镜测试得到,Mg电极和沉积锂之后的Mg电极具有不同的表面形貌。Mg电极在-2.10 V下电解时,沉积的锂原子进入了镁晶格中,形成了均匀细致的α-Mg固溶体。利用循环伏安法,电流阶跃法,电位阶跃法等电化学测试方法研究了LiCl-KCl-MgCl2-KF-BaCl2熔盐体系中镁锂共电沉积过程机理,确定了锂和镁在惰性钼丝电极上共电沉积时的还原电位等参数,还分析了温度、阴极极限电位、扫描速度等因素对电极过程的影响。研究结果表明,在LiCl-KCl-MgCl2-KF-BaCl2熔融盐中利用共电沉积法制备Mg-Li合金是可行的。在惰性钼丝电极上,金属镁首先在-1.80 V左右发生欠电位沉积,然后在-2.0V附近发生镁的沉积;在-2.40 V附近,锂通过在先前沉积在钼丝电极上的镁中的欠电位沉积形成Mg-Li合金,且此电极过程受锂原子向镁中的扩散过程控制。通过对电子转移数的计算可知金属镁在钼丝电极上的欠电位沉积是可逆的简单电荷传递反应,计算得到Mg（Ⅱ）离子的扩散系数在1.99×10-5cm2·S-1左右。通过研究温度对电极过程的影响,可以计算出在本实验条件下共电沉积形成Mg-Li合金的活化能为28.72 kJ·mol-1。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 Mg-Li合金简介
• 1.2 Mg-Li系合金的发展历史
• 1.3 Mg-Li系合金的研究现状
• 1.3.1 合金强化元素的添加
• 1.3.2 镁锂基复合材料
• 1.3.3 超塑性研究
• 1.3.4 合金表面处理
• 1.3.5 Mg-Li系合金制备工艺的研究进展
• 1.4 熔盐电解制取Mg-Li合金的优势及方法
• 1.4.1 熔盐电解制取Mg-Li合金的优势
• 1.4.2 熔盐电解制取Mg-Li合金的方法
• 1.5 前景展望
• 1.6 本论文的研究目的及主要内容
• 1.6.1 课题来源及研究目的
• 1.6.2 本论文的研究内容及意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 熔盐电解制取Mg-Li合金的电解质体系的确立
• 2.2 实验所用仪器及试剂
• 2.2.1 实验所用仪器
• 2.2.2 实验所用试剂及其作用
• 2.3 实验前的准备工作
• 2.3.1 耐火砖的准备
• 2.3.2 三电极体系的准备
• 2.3.3 坩埚的准备
• 2.3.4 实验原料的准备
• 2.4 电化学测试过程
• 2.4.1 熔盐体系中Li在Mg电极上的电沉积机理研究步骤
• 2.4.2 熔盐体系中镁锂共电沉积机理研究步骤
• 2.5 实验中应该注意的安全问题
• 2.6 本章小结
• 第3章 LiCl-KCl熔盐中Li在Mg电极上的电沉积机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 电极及试剂的准备
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 实验条件的确定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 熔盐背景研究
• +在固体镁电极上的电极过程'>3.3.2 Li⁺在固体镁电极上的电极过程
• 3.3.3 影响电极过程的因素
• +在固体Mg电极上的可能放电机理'>3.3.4 Li⁺在固体Mg电极上的可能放电机理
• 3.4 本章小结
• 2-KF-BaCl₂熔盐中镁锂共电沉积机理研究'>第4章 LiCl-KCl-MgCl₂-KF-BaCl₂熔盐中镁锂共电沉积机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 电极及试剂的准备
• 4.2.2 实验装置
• 4.2.3 实验条件的确定
• 4.3 结果与讨论
• 2熔盐中Li在钼丝电极上的电沉积过程'>4.3.1 KCl-LiCl-KF-BaCl₂熔盐中Li在钼丝电极上的电沉积过程
• 2-KF-BaCl₂熔盐中Mg和Li在钼丝电极上的共电沉积过程'>4.3.2 KCl-LiCl-MgCl₂-KF-BaCl₂熔盐中Mg和Li在钼丝电极上的共电沉积过程
• 4.3.3 影响电极过程的因素
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢