《含鋰鹽、鉀鹽鋁電解質體系的電化學原位Raman光譜研究》是依託東北大學，由胡憲偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：含鋰鹽、鉀鹽鋁電解質體系的電化學原位Raman光譜研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡憲偉
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目針對我國許多鋁廠電解槽出現的鋰鹽、鉀鹽富集的情況，以深入探析鋁電解過程中熔鹽結構特徵和電極過程機理，考察鋰鹽和鉀鹽對電解過程的影響，並拓展Raman光譜的套用範圍為目標，進行含鋰鹽、鉀鹽鋁電解質的電化學原位Raman光譜研究。 首先進行適合於高溫氟化物熔鹽電化學原位Raman光譜測定用熱台和樣品池系統的製備，並研究熔鹽電化學原位Raman光譜測定的耦合測試條件；在此基礎上，進行恆電位電解、循環伏安法、階躍電位法等電化學測試過程中含鋰鹽、鉀鹽鋁電解質兩極間和電極區物質結構的原位Raman光譜研究。分析電場條件下鋁電解熔鹽的結構特徵，探索相關結構基團的遷移和轉化規律；研究電極反應的基元步驟和動力學過程，力圖揭示電解電極過程機理和陽極鈍化機理。著重考察鋰鹽和鉀鹽對上述研究過程的影響。為最佳化富集鋰鹽、鉀鹽電解槽的生產過程，提高電流效率，降低鋁電解能耗奠定基礎。
結題摘要
本項目針對我國許多鋁廠電解槽出現的鋰鹽、鉀鹽富集的情況，進行了鋁電解質的電化學原位Raman 光譜研究，首先製備了適用於高溫揮發性熔鹽電化學原位Raman光譜研究用的顯微熱台和樣品池成套系統，能夠獲得較好的實驗效果，並發展了高溫鋁電解熔鹽電化學原位Raman光譜測定的綜合分析方法。之後，通過計算機模擬和實際測定相結合的方式，測定了不同組成的MF-AlF3和MF-AlF3-Al2O3熔鹽中絡合離子團的存在形式和轉化規律，得到了相關的Al-F、Al-O-F絡合離子團的最佳化結構參數，並分析得到了陽離子對絡合離子團的結構和電荷分布的影響規律。最後，研究了LiF-KF和NaF-AlF3-Al2O3熔鹽中的石墨陽極過程，揭示了碳質電極在鋁電解熔鹽中發生電化學氟化與鈍化機理，認為在LiF-KF體系中，石墨電極發生電化學氟化的電極反應為：xF−+C→CFx+xe−，這個電極反應的機理模式為完全不可逆電子傳遞機理模式，熔鹽中石墨電極上生成CFx的電極反應的電子傳遞係數為0.27；在NaF-AlF3-Al2O3熔鹽中，石墨陽極過程發生四個電極反應，按反應電位從低到高分別為生成CO2、CF4、CFx和F2的電極反應，生成CO2的電極反應的機理模式為耦合後置自催化化學反應的完全不可逆電子傳遞機理模式，該電極過程包含兩個電子傳遞步驟，並且生成中間產物CxO；在NaF-AlF3-Al2O3熔鹽中，Al-F絡合陰離子團在高電位下與碳放電生成CFx，認為鋁電解“陽極效應”發生的根本原因是由於陽極表面形成緻密的CFx層阻塞傳質過程。 本項目拓展了光譜電化學在熔鹽結構研究領域中的套用；同時，通過對項目研究獲得的“陽極效應”機理進行分析，認為可望從抑制CFx的生成或加速CFx的分解展開進一步研究，消除或抑制“陽極效應”發生。
