关键词：
磷酸溶液（精选三篇）
磷酸溶液 篇1
LiFePO4作为锂离子电池正极材料, 其电介质为锂盐的有机溶液, 作为Li+转移介质。这为本论文提供了一个思路, 可以用含Li+的水溶液替换有机相的电解液, 用LiFePO4材料在含有Li+的水溶液中进行嵌锂, 可以把水溶液中的Li+嵌入到LiFePO4材料中去, 再把其中嵌入的Li+释放到去离子水溶液中, 成为含锂离子水溶液, 完成Li+的富集, 从而实现提锂。自然界中的锂离子主要存在于盐湖卤水、海水中, 平均锂含量达到320mg/L[2], 可以用LiFePO4材料实现盐湖中Li+的富集。
受到水的分解电压 ( 1.23V) 的限制[3], 水溶液中嵌锂材料的最高工作电压只能在1.2V, 本实验设定LiFePO4电极最高工作电压为0.9V, 处于水溶液的电压稳定区间。本文采用循环伏安法研究了1mol/L的LiNO3溶液中Li+在LiFePO4电极中的嵌/脱锂过程, 对LiFePO4在LiNO3水溶液中进行恒电位嵌锂, 将LiFePO4中嵌入的Li+释放到去离子水中, 成为含Li+水溶液, 以紫外分光光度法测定其中Li+的吸光度, 对照标准吸光度～浓度 (g/L) 曲线, 对应的浓度即为Li+浓度, 与LiFePO4材料嵌锂值相比, 可以计算出其提锂效率。
1 循环伏安扫描
1.1 工作电极的制备
实验电池的电极按LiFePO4 (云南玉溪汇龙科技有限公司制造) :乙炔黑:粘结剂 = 75:15:10 的质量比, 磁力搅拌混合至浆状, 以不锈钢网作为电极的集流体, 取约0.5g混合物, 在1MPa压力下, 压成电极片。在120℃下真空干燥12h。进行循环伏安测试前将电极片在电解液中充分浸渍。
1.2 电化学性能测试
本实验采用三电极体系, 工作电极为LiFePO4材料, 不锈钢网做集流体, 对电极为铂电极, 参比电极用饱和甘汞电极 (SCE) 。电解液为室温下1mol/L的LiNO3溶液。循环伏安测试仪器为CHI电化学分析仪, 所有实验均在室温下进行。
1.3 结果与讨论
为研究LiFePO4材料在1mol/L LiNO3水溶液中的充放电循环可逆性能, 将三电极体系在室温下作循环伏安扫描, 扫描速率为0.1mV/s, 电压范围为-0.5～0.8V, 结果如图1所示。
如图1所示, 在正常的稳定电压区间-0.5～0.8V (vs. SCE) 进行循环伏安扫描, 在0.0832V和0.2161V附近存在一对氧化还原峰。氧化还原峰值电位差为0.1329V, 说明在1mol/L LiNO3水溶液中Li+能够在LiFePO4材料中可逆地嵌入、脱出, 可以作为水溶液中的提锂材料。
电极材料在过充过程中能够保持电化学稳定性是水溶液锂离子电池实用化的关键[4]。因为水的分解电压为1.23V, 当电压达到1.2V时, LiFePO4材料在水溶液体系中最可能发生的副反应是析氧反应, 对电极材料性能产生影响。
对LiFePO4材料进行三周循环伏安扫描, 如图2所示。
由图2可知, LiFePO4材料在三次循环过程中发生容量损失。可能的原因: (1) 部分溶液分子或离子进入材料中造成容量损失; (2) LiFePO4材料在电解液中浸泡时间长, 电极材料的结构不断松散, 导电性变差; (3) 粘接剂和金属集流体粘接不够紧密, 不利于电荷的传递; (4) 高电位时水的氧化。
2 LiFePO4材料提锂
2.1 嵌/脱锂电位
根据循环伏安图可知嵌锂电位为0.0832V, 脱锂电位为0.2161V, 据此设定嵌/脱锂电位。
2.2 嵌/脱锂时间
嵌锂时间:60min;脱锂时间:60min。
2.3 采用紫外分光光度法测定Li+吸光度
实验参数[5]:波长:486nm, 丙酮:7mL, 作显色介质;20% KOH溶液:0.2mL, 液调节显色所需的强碱条件;0.02%钍试剂:1mL, 作显色剂;络合物生成时间:40min。以空白溶液做参比[6]。
配置Li+浓度为0.1～0.5g/L的LiNO3溶液, 以紫外分光光度法测定其中Li+吸光度, 并绘制出标准吸光度～浓度 (g/L) 曲线, 如图3所示。
由图3可知, Li+浓度与其吸光度呈线性关系, Li+浓度在0.01～0.5g/L范围内符合朗伯–比尔定律, 根据, 其中A代表吸光度, 是比色皿的厚度, =1cm;是Li+浓度, 单位为g/L ;是吸光系数, 单位为L/gcm 。平均吸光系数=0.7516L/gcm。若已知溶液中Li+吸光度, 可计算出对应的Li+浓度。
2.4 嵌锂效率
本实验采用三电极体系, 工作电极为LiFeO4材料, 约0.5g, 对电极为铂电极, 参比电极用饱和甘汞电极。电解液为100mL室温下1g/L的LiNO3溶液。
LiFePO4材料在1g/L的LiNO3溶液中进行恒电位嵌锂, 将嵌锂后的LiFePO4材料置于去离子水溶液中, 进行恒电位脱锂, 把嵌入材料中的Li+释放到25mL去离子水中, 成为Li+水溶液, 紫外分光光度法测定溶液中Li+的吸光度, Li+浓度3.0g/L, 经计算, 材料嵌初次锂效率为35%。
对同一LiFePO4材料在100mL 1g/L的LiNO3溶液进行三次脱嵌锂率循环实验, 首次提锂率35%, 第二次提锂率降至25%。由于LiFePO4材料在溶液进行三次嵌/脱锂, 在溶液中浸泡很长时间, 在第三次嵌/脱锂时, 有少量材料脱落, 其嵌锂受到影响, 故第三次嵌/脱锂无实际意义。LiFePO4材料在循环嵌锂过程中容量衰减, 可能有三种原因: (1) 嵌入LiFePO4材料中的Li+没有完全脱出, 占据空间, 后续Li+嵌入困难, 导致嵌锂量减小; (2) LiFePO4材料自身溶解于电解液中; (3) 粘接剂和金属集流体粘接不够紧密, 不利于电荷的传递。
3 结 论
在饱和LiNO3电解液中以1mV/s 的扫描速度对LiFePO4材料进行循环伏安测试, 在 0.0832V 和0.2161V附近存在一对氧化还原峰, 分别对应于Li+在LiFePO4材料中可逆地嵌入或脱出过程, 说明LiFePO4材料在水溶液体系中具有电化学可逆性。扫描数周后LiFePO4材料产生容量损失, 原因: (1) 部分溶液分子或离子进入材料中造成容量损失; (2) LiFePO4材料在电解液中浸泡时间长, 电极材料的结构不断松散, 导电性变差;三, 粘接剂和金属集流体粘接不够紧密不利于电荷的传递; (4) 高电位时水的氧化。
紫外分光光度法测定Li+吸光度的条件:以0.02%钍试剂为显色剂;20% KOH 溶液调节显色所需的强碱环境;丙酮为显色介质;测量波长为486 nm。络和时间40min。经测定, Li+浓度在0.01～0.5g/L范围内符合比耳定律。LiFePO4材料初次嵌锂效率为35%, 第二次嵌锂效率为25%, 嵌锂容量衰减, 可能存在三种原因: (1) 嵌入LiFePO4材料中的Li+没有完全脱出, 占据空间, 后续Li+嵌入困难, 导致嵌锂量减小; (2) LiFePO4材料自身溶解于电解液中;三, 粘接剂和金属集流体粘接不够紧密, 不利于电荷的传递。
摘要：应用扫描循环伏安法研究LiFePO4材料在LiNO3水溶液体系中的脱/嵌锂过程, 该扫描曲线是一个完整的、闭合的氧化/还原峰曲线, 峰型尖锐, 说明LiFePO4材料在水溶液体系中具有良好的电化学可逆性。对LiFePO4材料在LiNO3水溶液中进行恒电位嵌锂, 对嵌锂后的LiFePO4材料进行恒电位脱锂, 将嵌入材料中的Li+释放到去离子水溶液中, 成为含Li+水溶液。以紫外分光光度法测定其中Li+的吸光度, 对照标准Li+吸光度浓度 (g/L) 曲线, 对应的浓度即为溶液中Li+浓度。计算出LiFePO4材料的嵌锂效率约为35%。说明LiFePO4材料可以作为含Li+水溶液的嵌锂材料进行提锂。但是提锂效率低。
关键词：磷酸铁锂,循环伏安法,紫外分光光度法,钍试剂
参考文献
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磷酸溶液 篇2
线状铜电极在磷酸溶液中电流混沌振荡的同步行为
研究了恒电位下两个铜线电极在磷酸溶液中的电流混沌振荡行为,通过恒定不同的电位数值,改变单个电极的电流振荡混沌行为,研究了不同混沌间的相互作用.调整线电极间的距离,研究了电极间距对电流振荡行为的影响.实验中两电极的振荡间呈现了复杂的耦合作用,耦合后的频率与耦合前电极原有的`频率不同.两电极的混沌电流振荡中呈现出同步、准周期同步和反相同步等现象.电极距离一定时,振荡波形差别很大的两电极的电流容易呈现反相同步和准周期同步,波形差别不大时容易产生同步.强的耦合导致电极间电流振荡的同步,电极距离的加大,电极间电流振荡难以产生同步.对耦合作用机制也进行了探讨.
作 者：李学良 鲁道荣 王华林 何建波 朱云贵 束志恒 作者单位：李学良,鲁道荣,王华林,何建波,朱云贵(合肥工业大学化工学院应用化学系,合肥,230009)束志恒(School of Material and Chemical Engineering, Zejiang University)
刊 名：化学物理学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 年，卷(期)： 16(6) 分类号：O643.1 O646.5 关键词：电流混沌 同步 耦合作用 铜阳极溶解磷酸溶液 篇3
双相不锈钢是一种典型的含Ni,Mo的超低碳铁素体+奥氏体(α+γ)的不锈钢,它兼具铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点,具有较高的强度、韧性和良好的耐蚀性[1,2]。适用于双相不锈钢焊接的方法很多,但其在不适当的热处理和焊接过程中,会有大量的二次相析出,如σ相、氮化物和碳化物等,对材料的使用性能影响较大[3]。σ相析出速度快、尺寸大,会极大地影响材料的耐蚀性[4,5]。双相不锈钢具有优良的综合性能,在湿法磷酸萃取生产中得以应用。目前,关于焊接方式对双相不锈钢在食品级磷酸中电化学行为的影响的报道较少。为此,本工作通过电化学方法研究了单面焊、双面焊、氩弧焊对双相不锈钢在食品级磷酸溶液中腐蚀行为的影响。
1 试 验
1.1 基材前处理
基材为双相不锈钢,化学成分(质量分数):≤0.03%C,≤1.00%Si,≤2.50%Mn,≤0.03%P,≤0.01%S,4.50%～8.50%Ni,20.50%～22.50%Cr,2.00%～3.00%Mo,0.20%N,Fe余量,对1～4号砂纸其进行机械打磨处理,然后采用丙酮浸泡除油10 min。
1.2 焊接双相不锈钢
采用单面焊、双面焊和氩弧焊3种焊接方式对双相不锈钢进行焊接:单面焊和双面焊采用焊条电弧焊,焊接电流140～160 A,焊接电压24～26 V,焊接速率200～220 mm/min;氩弧焊采用钨极氩弧焊,焊接电流125～145 A,焊接电压12～14 V,焊接速度80～100 mm/min;焊条材料均为S32950。焊接区指焊缝+熔合区,宽度1 mm左右;焊接热影响区是指在焊接热循环作用下,焊缝两侧固态母体材料发生明显组织和性能变化的区域,宽度为2～4 mm。
1.3 电化学测试
采用VMP3电化学测试系统测试不同方式焊接的双相不锈钢焊接区在磷酸溶液中的电化学行为:测试介质为85%(质量分数)食品级磷酸溶液,具体成分(质量分数)为≥61.5% P2O5,≤0.001%F,≤0.001% Fe,≤0.005% SOundefined,≤0.002%Mg,≤0.000 05%Pb;试样尺寸为ϕ10 mm×3 mm,用酚醛塑料高温加压后用金相砂纸打磨、抛光表面,并用丙酮擦洗除油,在空气中放置24 h后备用;参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为铂片,测试前先将试样于-0.6 V阴极极化除膜5 min。
动电位极化曲线扫描区间为-0.6～1.4 V,扫描速率为60 mV/min;稳定电压30 min后测定交流阻抗(EIS)谱,频率范围为1×(10-2～105) Hz,交流激励信号幅值为10 mV。
2 结果与讨论
2.1 3种焊接区的电化学行为
图1为基材及3种焊接区在磷酸溶液中的极化曲线,相应的电化学参数见表1。
由图1和表1可知:3种焊接区的自腐蚀电位明显负移,说明焊接后试样表面的钝化膜在很低的电位下即可溶解,自腐蚀电流密度很小,形成溶解反应速度很小,不会造成金属材料表面急速溶解,自腐蚀电流大小依次为单面焊>氩弧焊>双面焊;3种焊接区比基材有更长的稳定钝化区域,极化曲线中的击破电位基本处于同一处,即新形成的钝化膜致密稳定,耐蚀性较好。
图2为基材及其3种焊接区在磷酸溶液中的EIS谱。由图2可知,经焊接后,试样的阻抗谱发生了很大变化,容抗弧半径大小依次为氩弧焊>双面焊>单面焊>基材。
2.2 3种焊接区与热影响区的电化学行为
图3为3种焊接区与热影响区的极化曲线,图4为3种焊接区与热影响区的EIS谱。
由图3,4可知:3种焊接区和热影响区的极化曲线基本重合,阻抗谱形状大致相同;氩弧焊的阻抗模值远大于单面焊和双面焊,说明在同种情况下,氩弧焊焊接区和热影响区有更加均一稳定的钝化膜;氩弧焊中,热影响区钝化膜的性能比焊接区的差。
氩弧焊具有良好的熔透性,而且透度均匀,表面光滑、整齐,没有焊瘤、未焊透和凹陷等缺陷。单面焊背面的质量不易控制,容易出现未焊透、焊道不连续、氧化夹杂等缺陷,且结合力弱。双面焊热输入小、焊接变形小,能显著增加熔深、提高焊接生产效率和结合强度。结合3种焊区的电化学行为可知,采用氩弧焊的焊接组织均匀、缺陷少,其电化学性能更稳定。
3 结 论
(1)双相不锈钢经焊接后可获得耐蚀性优异的焊接组织。
3种焊接区的自腐蚀电流大小依次为单面焊>氩弧焊>双面焊;焊接区和热影响区电化学阻抗谱图形状大致相似,容抗弧半径大小依次为氩弧焊>双面焊>单面焊。
(2)3种焊接区和热影响区极化曲线基本重合,电化学阻抗谱形状大致相同。
其中,氩弧焊的焊接组织均匀、缺陷少,其焊接区及热影响区的钝化膜更加致密,且其热影响区的钝化膜性能比焊接区差。
参考文献
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