《ZrO2+CaS輔助電極的製備、性能及機理研究》是依託東北大學，由劉濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：ZrO2+CaS輔助電極的製備、性能及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉濤
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目提出利用H2S-H2O-H2和ZrO2(CaO)進行ZrO2+CaS輔助電極製備的新技術，該法製備的輔助電極穩定、緻密且與基體結合強度高。內容包括：輔助電極製備研究；輔助電極成分分析；輔助電極組織結構分析；輔助電極型固體電解質的性能研究。本項目旨在揭示輔助電極形貌、成分、結構及性能的影響因素，闡明輔助電極的形成機理和性能的產生機理，構建輔助電極的結構模型，為研製性能優良的固體電解質材料提供理論基礎。本項目的成功實施將對制定鐵水預處理脫硫工藝，實現生產過程的自動化控制具有重要意義。
結題摘要
本項目採用化學共沉澱法製備了穩定劑MgO含量為8mol%的ZrO2(MgO)納米粉體，利用H2S-H2在ZrO2(MgO)固體電解質外表面製備了ZrS2+MgS輔助電極，該法製備的輔助電極穩定、緻密且與基體結合強度高。內容包括：輔助電極製備研究；輔助電極成分分析；輔助電極組織結構分析；輔助電極型固體電解質的性能研究。本項目旨在揭示輔助電極形貌、成分、結構及性能的影響因素，闡明輔助電極的形成機理和性能的產生機理，構建輔助電極的結構模型，為研製性能優良的固體電解質材料提供理論基礎。研究結果如下：固體電解質/輔助電極界面主要以Zr-O鍵和Zr-S鍵為主，ZrO2首先與S反應生成ZrOS，隨著反應的進行ZrOS繼續與S反應生成ZrS2，輔助電極的厚度與反應時間呈拋物線關係，即輔助電極厚度越大則反應越不容易進行；熱力學分析結果表明，輔助電極的製備需要在1200℃以上才能進行，輔助電極同固體電解質結合部位原子互擴散過程中能夠形成穩定的O-Zr-S複雜晶體結構，保證輔助電極和固體電解質良好的結合力；在反應初始階段，認為表面化學反應是反應的控制步驟，隨著反應的進行，通過輔助電極層的擴散逐漸控制了反應過程。反應的機理如下：在反應過程中，S2-不斷向輔助電極/固體電解質的界面擴散，而為了維持電荷和質量平衡，O2-也逆向向外擴散通過輔助電極到氣相界面。動力學分析結果表明輔助電極反應速率和擴散速率同氣體濃度、反應時間、化學反應速率常數、固體電解質的摩爾密度、固體電解質的形狀、表面化學反應和擴散控制下的表觀活化能等有關。劃痕載荷達到100N，切應力達到1.5GPa時，固體電解質與輔助電極仍未分離。這種良好的結合力主要依靠Zr-O和Zr-S的強烈鍵合作用。組裝了定硫感測器，並對碳飽和鐵水進行了測試，得到鐵水硫含量與電池電動勢間的關係為：E=-65.48ln[wt%S]+134.42(1550K)。從電化學角度建立了鐵水定硫感測器的測硫理論方程式。
