旋轉(zhuǎn)圓盤電極測(cè)量鋁電解質(zhì)中氧化鋁濃度的研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)圓盤電極是能夠?qū)⒘黧w動(dòng)力學(xué)方程和對(duì)流-擴(kuò)散方程在穩(wěn)態(tài)時(shí)嚴(yán)格解出的少數(shù)幾種對(duì)流電極體系的一種。這種電極具有易于建立均一、穩(wěn)定的表面擴(kuò)散狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，因此在常溫水溶液和非水溶劑的電化學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。然而，盡管圓盤電極技術(shù)具有如此顯著的優(yōu)點(diǎn)，但其在高溫熔鹽電解質(zhì)中的應(yīng)用卻很少見(jiàn)有人研究。為此，本課題嘗試設(shè)計(jì)一種能適用于高溫冰晶石熔鹽電解質(zhì)研究的旋轉(zhuǎn)圓盤電極，并對(duì)其在常溫和高溫的測(cè)量性能進(jìn)行校驗(yàn)，同時(shí)探索研究了利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極技術(shù)測(cè)量鋁電解

2、質(zhì)中的氧化鋁濃度。
　　在設(shè)計(jì)可用于高溫冰晶石電解質(zhì)的旋轉(zhuǎn)圓盤電極時(shí)，最關(guān)鍵的任務(wù)是找到一種合適的電極和絕緣套制作材料。本文設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)圓盤電極選擇高純石墨作為圓盤電極材料，以熱壓氮化硼作為絕緣保護(hù)套材料，同時(shí)選擇310S不銹鋼作為旋轉(zhuǎn)軸材料，且以500w的異步交流電機(jī)作為圓盤電極的轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)。旋轉(zhuǎn)圓盤電極的轉(zhuǎn)速可通過(guò)變頻器調(diào)控，且電極轉(zhuǎn)速可在0-1450r/min之間連續(xù)可調(diào)。
　　旋轉(zhuǎn)圓盤電極的測(cè)量性能的優(yōu)劣是通過(guò)常溫0.1

3、mol/L的NaCl水溶液體系和947℃下分子比為2.2的NaF·AlF3-5wt％CaF2-5wt％LiF-1wt％Al2O3熔鹽體系中進(jìn)行校驗(yàn)的。在0.1mol/L NaCl溶液研究體系中，以旋轉(zhuǎn)圓盤電極為研究電極，鉑電極為輔助電極，甘汞電極為參比電極，利用線性掃描伏安法測(cè)量了不同轉(zhuǎn)速下的的陰極穩(wěn)態(tài)極化曲線。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，測(cè)得的極限電流值隨圓盤電極轉(zhuǎn)速的增大而變大，且測(cè)得的id-ω1/2的關(guān)系曲線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線id=4.1ω1/2，

4、且益線滿足Levich方程。這說(shuō)明旋轉(zhuǎn)圓盤電極在常溫水溶液測(cè)量當(dāng)中具有優(yōu)良的測(cè)試性能。在分子比為2.2的NaF·AlF3-5wt％CaF2-5wt％LiF-1wt％Al2O3體系中，以旋轉(zhuǎn)圓盤電極為陽(yáng)極，石墨坩堝為陰極，鉑電極為參比電極，利用線性掃描伏安法測(cè)量了不同轉(zhuǎn)速下的陽(yáng)極臨界電流。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，測(cè)得的陽(yáng)極臨界電流值也隨電極轉(zhuǎn)速的增大而增大，同時(shí)測(cè)得的ic-ω1/2的關(guān)系為過(guò)原點(diǎn)的直線ic=0.254ω1/2，滿足Levich方程。這說(shuō)

5、明該旋轉(zhuǎn)圓盤電極在高溫熔鹽中也具有優(yōu)良的測(cè)試性能。
　　利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極測(cè)定氧化鋁在分子比為2.2的NaF·AlF3-5wt％CaF2-5wt％LiF-Al2O3熔鹽體系中的濃度時(shí)，分別對(duì)Al2O3含量為1wt％、2wt％、3wt％和4wt％的鋁電解質(zhì)進(jìn)行了線性伏安掃描。結(jié)果表明，臨界電流密度隨熔鹽中的Al2O3濃度的增加而變大，且臨界電流密度與Al2O3的濃度呈線性直線關(guān)系，關(guān)系式為ic=0.218Al2O3wt％+3.345。