电解铝新型惰性阳极中电子-离子导电材料LaZnMnO的制备及性能研究

摘要

惰性阳极技术具有对环境友好，节能增产，降低电解铝的生产成本等优势，因此其研发具有非常重要的环保意义和经济效益。为开发新型电解铝惰性阳极，需要寻找一种电子/离子导电性能优良的材料，以解决金属导杆与Y2O3稳定的ZrO2固体电解质惰性阳极的连接与导电传输问题。 本论文采用溶胶.凝胶法制备了电子/离子导电性能优良的Lal-xZnxMnO3钙钛矿材料，通过XRD，SEM，FT-IR等手段对其结构进行表征。采用直流四端子电极法测量了La1-xZnxMnO3材料的电子导电性能，采用两端阻塞交流阻抗法研究了La1-xZnxMnO3离子导电性能，并在实验基础上探索了La1-xZnxMnO3的材料导电机理。得出如下结论： 1、采用溶胶-凝胶法制备La1-xZnxMnO3，在348K下成胶，1073K下煅烧可得单一钙钛矿晶相La1-xZnxMnO3，与固相合成方法相比较，可较大降低烧结温度。Zn掺杂后的LaMnO3钙钛矿结构基本没有改变，说明Zn2+已完全掺杂到晶体结构中。随Zn2+掺杂量的增大，固熔体含量增多，钙钛矿结构仍完整。 2、在1273K测试温度下，χ=0.2时，La1-χZnxMnO3的电子导电性能最好；在673K～973K测试温度下，χ=0.3时，La1-χZnxMnO3的离子导电性能最优。 3、从理论上对La1-χZnχMnO3导电材料的导电性、电导率随温度的变化、以及导电机理进行了分析，从lnTσ与1/T×104的关系图可以推断La1-χZnχMnO3的电子导电机理是由多个导电机理模型说明，离子导电性能可由氧空位导电模型说明。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1金属铝的制备历史概述

1.1.1化学法

1.1.2电解法

1.2 Hall-Héroult法电解金属铝电极过程

1.2.1阴极过程

1.2.2阳极过程

1.3惰性阳极与碳素阳极比较的优点

1.3.1碳素阳极

1.3.2惰性阳极

1.4惰性阳极研究面临的挑战

1.5惰性阳极材料概况

1.5.1氧化物阳极

1.5.2合金阳极及金属阳极

1.5.3固体电解质型阳极

1.6课题的提出

第二章La1-xZnxMnO3的制备及表征

2.1合成方法

2.1.1高温固相反应法

2.1.2溶胶-凝胶法

2.2有机试剂的选择

2.3掺杂金属的选择

2.4实验内容

2.4.1实验测试方法

2.4.2实验仪器及试剂

2.4.3合成步骤

2.5结果分析与讨论

2.5.1红外分析

2.5.2热重分析

2.5.3 XRD表征

2.5.4 La0.8Zn0.2MnO3的SEM图

2.6 La1-xZnxMnO3结构表征

2.6.1 La1-xZnxMnO3的红外光谱表征

2.6.2 La1-xZnxMnO3的XRD表征

2.7阻塞电极的制备

2.8本章小结

第三章La1-xZnxMnO3电极的电化学性能

3.1电极的压制成型

3.1.1压制成型方式的选择

3.1.2压力对成型影响

3.2电极的成型

3.2.1 La1-xZnxMnO3电极的成型

3.2.2 YSZ阻塞电极成型

3.3电子导电性能

3.3.1测试方法

3.3.2测量误差的减小

3.3.3直流四探针测试装置及试样参数

3.3.4温度及不同掺杂量对电子导电性能的影响

3.4离子导电性能

34.1交流阻抗谱的基本原理

3.4.2交流阻抗测试样品装置

3.4.3温度对离子导电性能的影响

3.4.4掺杂量不同对离子导电性能的影响

3.5本章小结

第四章La1-xZnxMnO3体系的混合导电机理

4.1 lnσT与1/T×104的关系图

4.1.1 La1-xZnxMnO3电子导电的lnσT与1/T×104的关系

4.1.2 La1-xZnxMnO3离子导电的lnσT与1/T×104的关系

4.2 La1-xZnxMnO3的电子导电过程及理论解释

4.2.1小极化子导电机理

4.2.2氧空位的电荷补偿

4.2.3 Mn3+的电荷歧化

4.3离子导电过程及其理论

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文