Влияние природы растворителя на кинетику и механизм катодного внедрения лития в алюминиевую матрицу, модифицированную редкоземельным элементом

• Автор: Зобков, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 175 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Способы получения сплавов системы А1Ы

1.1.1 Синтез сплавов из компонентов.

1.1.2 Синтез сплавов распылением компонентов в вакууме

1.1.3 Электрохимические методы синтеза

1.1.4 Синтез сплавов восстановлением оксидов, солей и химических соединений щелочных и щелочноземельных металлов.

1.1.5 Имплантация ионов щелочных металлов

1.2 Катодное внедрение основные положения.

1.3 Электрохимия литий алюминиевого сплава

1.3.1 Диаграмма состояния и физические свойства системы.

алюминий литий
1.3.2 Механизм и кинетика образования сплава ЫА
1.3.3 Моделирование твердофазной электрохимической реакции внедрения лития в алюминиевый электрод
1.3.4 Циклируемость литий алюминиевого сплава.
1.4 Влияние модифицирования литийалюмиииевого сплава переходными
металлами на их свойства.
1.5 Особенности структуры и свойства сплавов системы ЫРЗЭА1.
1.6 Кинетические закономерности катодного внедрения лантана и иттрия в алюминий
1.7 Диаграмма состояния системы алюминий неодим.
1.8 Влияние природы растворителя на кинетику катодного внедрения лития в алюминий и его сплавы.
1.8.1 Роль процессов сольватации
1.8.2 Влияние растворителя на ионную миграцию.
з
1.8.3 Влияние диэлектрической проницаемости.
1.8.4 Роль подвижности ионов и специфическая сольватация
1.8.5 Влияние природы растворителя на растворимость компонентов электролита.
1.8.6 Влияние растворителя на механизмы переноса тока.
1.8.7 Влияние растворителя на электродное равновесие
1.8.8 Смешанные растворители
1.8.9 Эффект растворителя.
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Данные об объектах исследования.
2.2 Очистка растворителей, солей и приготовление растворов
2.3 Подготовка электролитической ячейки.
2.4 Методика приготовления электрода сравнения
2.5 Методика получения пленочных 1ЛРЗЭ электродов на основе алюминиевой матрицы.
2.6 Методика электрохимических измерений
2.6.1 Потенциостатический метод.
2.6.2 Гальваностатический метод.
2.6.3 Потенциодинамический метод
2.6.4 Метод переменного тока
2.7 Физикохимические методы исследования.
2.7.1 Рентгенофазовый анализ
2.7.2 Методика микроструктурных исследований
2.8 Методика испытаний ЬША электродовиа циклируемость по литию
2.9 Статистическая обработка результатов эксперимента.
2.9.1 Определение погрешности измерений.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1 Кинетические закономерности формирования электродной матрицы на основе сплава алюминия с неодимом
3.1.1 Влияние потенциала на кинетику катодного внедрения неодима в алюминиевый электрод.
3.1.2 Влияние природы растворителя на диффузионнокинетические характеристики процесса катодного внедрения неодима в алюминиевый электрод.
3.1.3 Электрохимическое поведение Ыс1А1 электрода в потенциодинамическом режиме
3.2 Кинетические закономерности катодного внедрения лития в ША1 электроды, сформированные в растворах БаШ на основе апротонных органических растворителей различной природы
3.3 Влияние природы растворителя на кинетические закономерности катодного внедрения анодного растворения лития на ЫИсА1 электроде
3.3.1 Влияние потенциала предобработки
3.3.2 Влияние сольватирующей способности и адсорбционной активности растворителя на кинетические закономерности взаимодействия сольватокомплексов лития с поверхностью алюминия модифицированного неодимом
3.3.3 Влияние третьего компонента на анодное растворение лития из ЬША электрода.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ


Когда содержание щелочного металла в материале основе должно быть на уровне примеси, он может вводиться в материал методом термической диффузии, ионной бомбардировки 4,5 или радиационно стимулированной низкотемпературной диффузии 5. Например, введение малых концентраций лития в кремний может быть проведено из плнки чистого металла, осажднного на подложке испарением в вакууме, из слоя суспензии лития в кремнеорганической пасте или из соединения лития. В этом случае имплантация лития осуществляется в течение 8 часов при К 6. Разработка новых технологий формирования на поверхности диэлектриков, металлов является одним из актуальных направлений в электрохимии и электрохимической технологии. Обработка поверхностных слоев металлов по методу катодного внедрения позволяет направленно изменять состав и структуру поверхности металла, придавать ей ряд особых физических свойств и состояний 9, ,,,. Явление катодного внедрения металлов в твердые электроды было зарегистрировано как открытие в году. Первые работы в этом направлении были начаты под руководством Б. Н. Кабанова в году . Внедрение это процесс, включающий одновременно разряд иона металла и его химическое взаимодействие с тврдым металлом электрода. В отличие от процесса адсорбции моиослоя ионов металла на чужеродном металле при катодном внедрении донапряжение всегда происходит полный переход заряда. При образовании сплавов методом катодного внедрения в тврдой фазе образуются тврдые растворы или ИМС, являющиеся продуктами межметаллического взаимодействия. Интерметаллические соединения ИМС имеют индивидуальную кристаллическую рештку в отличие от тврдых растворов и металлическую связь, между атомами различных по своей природе внедряющегося металла и металла матрицы. При образовании ИМС практически всегда наблюдается экспериментальное изменение свойств. Количественно и качественно свойства ИМС отличаются от свойств образующих их металлов. Так, температура плавления, ИМС может весьма значительно превышать температуру плавления исходных веществ. Экспериментальное изменение электрохимических и физических характеристик при образовании сплавов представляет большой интерес в связи с изучением явления сверхпроводимости и созданием материалов со сверхпроводящими свойствами. При синтезе ИМС можно не только устранить нежелательные и усилить полезные свойства металлов, но и вызвать появление свойств, которыми исходные металлы не обладают. Явление катодного внедрения имеет большие перспективы практического применения, которые обусловлены химической активностью многих ИМС, образующихся при внедрении изменением природы поверхности катода и возможностью синтезировать интерметаллиды с особыми химическими свойствами. Обладая многими ценными качествами, интерметаллиды имеют и свои недостатки, например, они отличаются повышенной хрупкостью. Поэтому внедрение является особенно перспективным для случаев, когда ИМС нужно получить только на поверхности основного металла с тем, чтобы придать поверхности особые свойства, а его объмные свойства сохранить неизменными. Преимуществом катодного внедрения является то, что этот процесс возможен при комнатной температуре. Считается, что в системах щелочные металлы металлы переходных групп химическое взаимодействие отсутствует. Действительно, интерметаллиды этих металлов сплавлением не были получены. Однако внедрением удатся объединить эти металлы например, литий и натрий с молибденом, ванадием, вольфрамом, цинком, кадмием, марганцем , . Важным достоинством синтеза ИМС методом катодного внедрения является возможность обеспечения высокой степени чистоты продукта. Наиболее изученным сплавом, используемым в ЛА, является ИМС Р1ЛА1, содержащий не более лития. Одной из основных проблем при использовании этого сплава в качестве электрода литиевого аккумулятора является, как уже отмечалось выше, низкая механическая прочность поверхностного слоя образующегося ИМС 7, , . Это приводит к тому, что при длительном циклировании нарушается связь слоя ЫА1 сплава с алюминием и происходит его отслоение от основы.