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磁铁矿对氧化亚铁硫杆菌浸出黄铜矿的影响

矿冶工程 2023年第5期43卷 98-102页

作者：邓莎杨佳鑫龙涛杨玮西安建筑科技大学资源工程学院陕西西安710055 陕西省黄金与资源重点实验室陕西西安710055

采用开路电位、循环伏安曲线等电化学测试方法,系统研究了磁铁矿对氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)微生物浸出黄铜矿的影响。结果表明,未驯化菌浸出体系中,黄铜矿浸出率随磁铁矿添加量增大而增大;细菌驯化后,细菌活性增... 详细信息

采用开路电位、循环伏安曲线等电化学测试方法,系统研究了磁铁矿对氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)微生物浸出黄铜矿的影响。结果表明,未驯化菌浸出体系中,黄铜矿浸出率随磁铁矿添加量增大而增大;细菌驯化后,细菌活性增强,当磁铁矿添加量为0.5 g时,铜浸出率可提高8%左右;当磁铁矿添加量大于0.5 g时,浸出过程中生成了黄钾铁矾,恶化了浸出环境,铜浸出率仅提升2%左右;在不同浓度Fe^(3+)体系中,黄铜矿开路电位始终高于磁铁矿开路电位,两者间发生伽伐尼作用时,黄铜矿作阴极,不利于黄铜矿氧化溶解;但溶液中Fe^(3+)可以提高黄铜矿的腐蚀速率,从而提高黄铜矿浸出率。

关键词：黄铜矿磁铁矿生物浸出细菌驯化电化学测试

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动态杂散电流的时频特征及腐蚀行为研究

都市快轨交通 2023年第5期36卷 117-124页

作者：夏雪杨晓峰陈茂鲁郑琼林北京交通大学电气工程学院北京100044

城市轨道交通直流牵引供电系统中,部分走行轨回流电流泄漏至大地形成杂散电流,易导致埋地金属的电化学腐蚀问题。实际系统中多列车频繁启停使得杂散电流表现为典型的动态信号,时频特征的提取有助于研究其腐蚀行为。在建立杂散电流数学... 详细信息

城市轨道交通直流牵引供电系统中,部分走行轨回流电流泄漏至大地形成杂散电流,易导致埋地金属的电化学腐蚀问题。实际系统中多列车频繁启停使得杂散电流表现为典型的动态信号,时频特征的提取有助于研究其腐蚀行为。在建立杂散电流数学模型的基础上,通过S变换提取杂散电流的典型时频分布特征,并基于失重测试及电化学测试研究典型频率下杂散电流的腐蚀行为。实验结果表明,动态杂散电流的直流及低频交流分量均会影响金属的电化学腐蚀过程,且腐蚀速率随电流密度的增大及交流频率的降低而增加。

关键词：城市轨道交通杂散电流电化学腐蚀 S变换电化学测试

高效嘧啶类缓蚀剂设计及其在酸性环境中的缓蚀性能研究

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高效嘧啶类缓蚀剂设计及其在酸性环境中的缓蚀性能研究

作者：徐文丽华中科技大学

学位级别：硕士

碳钢具有成本低、强度高和可锻性好等优点,广泛应用于工业生产,在经济发展和社会进步方面起着重要作用。然而,碳钢在工业酸洗、酸除垢、油井酸化等酸性环境中易发生严重腐蚀。开发绿色、高效的缓蚀剂,是抑制碳钢在酸性环境中腐蚀的有效... 详细信息

碳钢具有成本低、强度高和可锻性好等优点,广泛应用于工业生产,在经济发展和社会进步方面起着重要作用。然而,碳钢在工业酸洗、酸除垢、油井酸化等酸性环境中易发生严重腐蚀。开发绿色、高效的缓蚀剂,是抑制碳钢在酸性环境中腐蚀的有效方法之一,从而为工业生产安全提供有效保障。嘧啶衍生物分子来源广泛,具有低毒、价格低廉等优点,成为了近年来缓蚀剂领域研究的热点之一。针对碳钢在酸性环境中的腐蚀问题,本文开发了适用于HCl腐蚀环境下的高效嘧啶类缓蚀剂,通过电化学测试和微观表征,结合理论计算,从宏观到微观,跨尺度、较为全面地揭示缓蚀剂的吸附缓蚀性能和机理。本论文的主要研究内容包括如下两个部分:(1)设计了两种适用于酸性环境中含不同羰基数量的高效嘧啶类缓蚀剂,即2-苄硫基-4,6(1H,5H)-嘧啶二酮(BPDO)和2-苄硫基-4(3H)-嘧啶酮(BPO)。通过电化学测试和微观表征探究了在1 mol LHCl(1 M HCl)溶液中BPDO和BPO对碳钢的缓蚀性能。研究结果表明BPDO和BPO均具有良好的缓蚀性能,且BPO的缓蚀效果更优异,在浓度为0.60 mmol L(m M)时缓蚀效率达到99.32%。量子化学计算显示BPDO和BPO分子均以S、N、O原子作为活性中心吸附在Fe表面。BPDO和BPO羰基上的O可与水形成分子间氢键,增大嘧啶类缓蚀剂的亲水性,不利于屏蔽腐蚀介质。因此,相比于BPDO,含羰基更少的BPO更能有效抑制腐蚀性介质扩散到碳钢表面,表现出更好的腐蚀抑制性能。(2)根据前一章的研究结果可知,嘧啶类缓蚀剂中引入苄基可明显提高其缓蚀性能。因此,本章以6-甲基-4-羟基-2-巯基嘧啶为前驱体,通过分别引入一个或两个苄基,合成得到了两种新型的嘧啶衍生物,即6-甲基-2-苄硫基-4(3H)-嘧啶酮(BMPO)和6-甲基-4-苄氧基-2-苄硫基嘧啶(BBMP),以探讨苄基取代基的数量差异对嘧啶类缓蚀剂的缓蚀性能影响。电化学测试结果和微观表征表明BMPO和BBMP在1 M HCl溶液中具有高效的缓蚀性能(0.60 m M时缓蚀效率分别为99.28%和99.69%),且缓蚀稳定性良好。BMPO和BBMP均为阴极缓蚀剂,其在碳钢表面的吸附遵循Langmuir等温线。量子化学计算揭示了BMPO和BBMP的吸附是通过N、S、O原子和苯环以近似平坦的方式吸附在碳钢表面,苄基取代基具有供电子效应和疏水性,增加苄基的数量可更有效地屏蔽腐蚀性介质粒子,因此,引入更多苄基的BBMP具有更好的缓蚀性能。此外,嘧啶类缓蚀剂分子在酸性环境中可发生质子化,进一步提高其腐蚀抑制性能。

关键词：碳钢酸性介质嘧啶衍生物缓蚀剂电化学测试理论计算

Y含量对FeCoNiAl0.2Yx高熵合金性能影响的研究

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Y含量对FeCoNiAl0.2Yx高熵合金性能影响的研究

作者：薛正伟安徽建筑大学

学位级别：硕士

在所有的金属元素中,铁、钴和镍是铁磁性能较强的三种元素。为了设计复杂的复合磁性合金,Fe Co Ni合金被认为是所有软磁合金设计的基础。本论文采用真空电弧熔炼法熔炼FeCoNiAlY高熵合金,打算在具有良好性能的Fe Co Ni系高熵合金基础上... 详细信息

在所有的金属元素中,铁、钴和镍是铁磁性能较强的三种元素。为了设计复杂的复合磁性合金,Fe Co Ni合金被认为是所有软磁合金设计的基础。本论文采用真空电弧熔炼法熔炼FeCoNiAlY高熵合金,打算在具有良好性能的Fe Co Ni系高熵合金基础上,通过XRD、SEM、超导量子干涉仪、硬度计和电化学工作站测试合金的各项性能;通过调整Y元素含量研究影响FeCoNiAlY高熵合金磁性能和电化学性能的机理。(1)铸态FeCoNiAlY合金均是树枝晶结构,包含二次枝晶以及长枝晶。合金由Fe Ni相组成。FeCoNiAlY,FeCoNiAlY,FeCoNiAlY高熵合金由Fe Ni相、CoFeY相组成。FeCoNiAlY出现新的CoFeY相。FeCoNiAlY高熵合金的硬度最低,为146HV,FeCoNiAlY硬度最高为687HV。(2)退火合金组织仍为树枝晶结构,枝晶组织更加细小,基材内部存在等轴枝晶以及平行树枝晶。添加Y元素后的金相组织除等轴柱状晶外还存在长枝晶及二次枝晶。Fe、Co富集于枝晶中,Ni、Al、Y富集于枝晶间,能谱测试发现Y元素大部分偏聚在枝晶间。未添加Y元素的合金由Al Ni相组成。添加Y元素后出现了FeCo等物相。FeCoNiAlY合金硬度最低为146.8HV,FeCoNiAlY合金硬度最高为554.4HV。(3)FeCoNiAlY合金的饱和磁化强度为129.54emu/g,矫顽力为0.74Oe,FeCoNiAlY样品的饱和磁化强度为139.25 emu/g,矫顽力为5.8Oe,FeCoNiAlY达到最大饱和磁化强度与最高矫顽力。FeCoNiAlY样品饱和磁化强度最低,为115.78 emu/g。基材在退火后饱和磁化强度从129.54 emu/g提升到了140.61 emu/g,但矫顽力从0.74Oe提升到了4.52Oe。退火后合金的磁滞面积仍较小,接近于零。(4)铸态合金腐蚀电位从FeCoNiAlY的-1.072V增加到FeCoNiAlY的-1.081V,再减小至FeCoNiAlY的-1.042V;腐蚀电流密度从FeCoNiAlY的5.52×10A/cm减小到FeCoNiAlY的1.714×10A/cm。铸态FeCoNiAlY具有最正的腐蚀电位和最小的腐蚀电流密度,而铸态FeCoNiAlY的腐蚀电位在添加了Y元素的样品中最负,腐蚀电流密度最大,说明铸态FeCoNiAlY耐蚀性最差。退火FeCoNiAlY合金的自腐蚀电位由大到小的顺序为FeCoNiAlY>FeCoNiAlY>FeCoNiAlY>FeCoNiAlY>FeCoNiAlY,自腐蚀电流密度由大到小的顺序为FeCoNiAlY>FeCoNiAlY>FeCoNiAlY>FeCoNiAlY>FeCoNiAlY。其中FeCoNiAlY自腐蚀电流密度及腐蚀电压也较小。FeCoNiAlY高熵合金仍存在明显的钝化区,FeCoNiAlY钝化区最宽,FeCoNiAlY枝晶最为致密,晶粒间距最小,晶间腐蚀倾向最弱。退火FeCoNiAlY高熵合金腐蚀电位变化不大,但腐蚀电流数值大大提升,退火FeCoNiAlY高熵合金的耐腐蚀性比铸态合金低。

关键词：高熵合金软磁材料稀土磁性能电化学测试

热喷涂-感应熔焊制备镍基合金涂层的组织与电化学腐蚀分析

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热加工工艺 2023年第8期52卷 92-96页

作者：曲作鹏张贝贝王磊田欣利王永田赵祎璠王海军华北电力大学新能源学院北京102206 上海电力设计院有限公司上海200025 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072

采用超音速火焰喷涂在20G钢表面制备了NiCrBSi系自熔合金涂层,随后采用高频感应重熔技术对表面涂层进行了重熔处理。为了研究镍基涂层的耐腐蚀性能,用锅炉常用钢20G作为对照,用电化学测试方法,结合X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)等... 详细信息

采用超音速火焰喷涂在20G钢表面制备了NiCrBSi系自熔合金涂层,随后采用高频感应重熔技术对表面涂层进行了重熔处理。为了研究镍基涂层的耐腐蚀性能,用锅炉常用钢20G作为对照,用电化学测试方法,结合X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)等分析技术对涂层的物相组成、成分分布及腐蚀参数等进行了分析。研究表明,感应熔焊技术制备的镍基自熔合金涂层组织较为致密,经感应重熔后,消除了涂层中的层状结构,涂层与基体之间形成冶金结合;与20G相比,制备的镍基涂层具有较低的腐蚀电流密度和较高的极化阻抗,说明镍基涂层作为保护层显著提高了20G的耐蚀性能。

关键词：感应熔焊电化学测试镍基涂层腐蚀材料失效和保护

基于导电高分子材料的无溶剂涂料的制备及性能研究

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基于导电高分子材料的无溶剂涂料的制备及性能研究

作者：李昱锋青岛科技大学

学位级别：硕士

随着我国经济的快速发展,钢铁等金属材料的消耗日益增大,这些金属材料在长期使用过程中,面临的一个重大问题就是腐蚀问题,腐蚀不仅会造成巨大的经济损失,而且会导致设备失效,引发严重的安全事故,造成重大的人员伤亡。为了确保金属材料... 详细信息

随着我国经济的快速发展,钢铁等金属材料的消耗日益增大,这些金属材料在长期使用过程中,面临的一个重大问题就是腐蚀问题,腐蚀不仅会造成巨大的经济损失,而且会导致设备失效,引发严重的安全事故,造成重大的人员伤亡。为了确保金属材料的使用性能,提高系统可靠度,应采取科学的防腐措施。而涂覆涂料被广泛应用于金属的防腐领域,随着国家经济的发展和人们环保意识的增强,传统的防腐涂料已经无法满足市场需求。现如今,无溶剂涂料的开发和利用已经成为国内外研究的热点问题。本文通过二次掺杂新途径制备聚苯胺与石墨烯/碳纳米管的复合功能纳米材料,并以无溶剂环氧体系为配方基础,通过正交设计和单因素实验,开发了基于导电高分子材料的无溶剂涂料,具体内容如下:（1）在高氯酸体系下,利用聚苯胺二次掺杂的方法,将原位生长的石墨烯一次掺杂态聚苯胺和碳纳米管一次掺杂态聚苯胺经过氨水解掺杂分别还原成本征态,用高氯酸对其进行二次掺杂,结合成新型的功能型复合材料,通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外光谱（UV-Vis）对其不同产物形貌和结构进行表征,通过电化学工作站测试了不同产物在3.5 wt%Na Cl溶液的防腐蚀性能。结果表明:通过二次掺杂的方法对石墨烯/聚苯胺复合材料和碳纳米管/聚苯胺复合材料进行处理,可避免纳米材料团聚,并有效提高产物各项性能,突破了石墨烯/碳纳米管同时与聚苯胺制备复合材料的瓶颈,比常规石墨烯/碳纳米管复合的防腐效果提高了56.51%,缓蚀效率达到了81.79%,阻抗值为1893.6Ω·cm。（2）通过单因素实验筛选出开发无溶剂涂料的环氧树脂及固化剂体系,并在该体系下对5种填充填料和5种功能型填料进行筛选,根据颜填料各自的颜料体积浓度（PVC）制备出10种单一颜填料的无溶剂环氧涂料。通过基础物理性能测试、交流阻抗测试、中性盐雾试验以及金相显微镜表征,研究了树脂、固化剂、颜填料对涂层基础物理性能和防腐性能的影响。结果表明:在酚醛环氧树脂MY9512及酚醛胺固化剂NX-2003D交联固化后所形成的纯树脂涂层具有良好的防腐效果。在该体系下,硫酸钡、陶瓷粉可以给涂层提供优异的物理性能,云母氧化铁、钙交换Si O所制备的涂层经过1800h的3.5%wt%Na Cl溶液浸泡后其阻抗值依旧可以保持在2×10～8Ω·cm以上,可为涂层提供长久的防腐效果。（3）采用硫酸钡、陶瓷粉为填充填料,云母氧化铁、钙交换Si O作为涂层的防锈填料,将这四种颜填料按照不同的配比进行复配,制备出基础物理性能良好,防腐性能优异的新型无溶剂环氧涂料,通过基础物理性能测试、交流阻抗测试、中性盐雾试验以及金相显微镜表征,研究了成膜物质的选择、颜料体积浓度、不同颜填料的添加配比等因素对涂层物理性能以及防腐性能的影响。结果表明:在成膜物质与颜填料的比例为6:4,填充填料与防锈填料比例为1:1,陶瓷粉与硫酸钡比例为2:1,云母氧化铁与钙交换Si O的比例为3:1时,该涂层的基本物理性能优异,涂料黏度适中,方便施工。且在该配方下涂层的耐蚀性能最强,经过1800h的3.5%wt%Na Cl溶液浸泡后阻抗值依旧可以保持在3.470×10Ω·cm,防腐性能优异,并且通过720h盐雾试验再一次验证了该配方具有优异的防腐性能。（4）制备了不同配比的基于二次掺杂态石墨烯/碳纳米管聚苯胺复合材料的无溶剂环氧涂料,并探究了聚苯胺纳米功能材料添加量对无溶剂涂层防腐性能的影响。结果表明:当聚苯胺纳米复合材料添加量为1wt%时,涂层就已表现出优良的防腐性能,涂层成膜致密,抗划伤性能优异,并体现出一定的自钝化能力。提高了涂层的防腐性能,经过1800h的浸泡后其阻抗值为5.557×10Ω·cm,并且经过1000h的盐雾试验后并没有出现锈蚀变化。最佳涂料配方为:成膜物质与颜填料的质量比为6:4,填充填料与防锈填料的质量比为1:1,陶瓷粉与硫酸钡的质量比为2:1,云母氧化铁与钙交换Si O的质量比为3:1,二次掺杂态石墨烯/碳纳米管聚苯胺为1 wt%,活性稀释剂为6 wt%～8 wt%,助剂1wt%～2wt%。

关键词：二次掺杂态聚苯胺碳纳米材料电化学测试无溶剂环氧涂料

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锌铜钛合金的阳极氧化工艺及耐蚀性研究

锌铜钛合金的阳极氧化工艺及耐蚀性研究

作者：邹明泰昆明理工大学

学位级别：硕士

钛锌板(也称为锌铜钛合金)由于其具有比纯锌更高的强度和硬度、更优秀的耐蚀性、更好的抗蠕变性能和抗风化性,常被使用于建筑装饰材料。当前国内外对于锌铜钛合金的研究主要集中在力学性能、合金成分、机械性能、蠕变机制、再结晶行为... 详细信息

钛锌板(也称为锌铜钛合金)由于其具有比纯锌更高的强度和硬度、更优秀的耐蚀性、更好的抗蠕变性能和抗风化性,常被使用于建筑装饰材料。当前国内外对于锌铜钛合金的研究主要集中在力学性能、合金成分、机械性能、蠕变机制、再结晶行为和腐蚀机制等方向上,但是对于锌铜钛合金的表面处理工艺还缺少相关的研究。由于锌铜钛合金主要作为装饰材料来使用,因此对其表面的颜色以及合金的耐蚀性有着十分严格的要求。本研究采用阳极氧化工艺,对锌铜钛合金进行表面处理,通过研究不同的工艺参数来分析膜层的表面形貌和膜层厚度,以此判断出最佳的制备工艺,采用封孔的手段对氧化膜进行进一步处理,使用电化学测试和盐雾试验来研究合金的耐蚀性与腐蚀机理。根据以上步骤可以得到以下结论:1.通过使用扫描电镜、电化学测试、正交实验设计以及盐雾试验的手段,对阳极氧化后样品的表面形貌、厚度、耐蚀性和最佳的工艺参数进行了研究。当电流密度为10A/dm、氢氧化钠浓度为9g/L、碳酸钠浓度为12g/L、氧化温度为30°C左右和氧化时间为30min时,氧化膜的平整度和膜层厚度最佳,性能最好;根据电化学实验测试和盐雾试验测试,通过计算正交实验的影响因素和极值可以得到电流密度对阳极氧化的影响最大,并且印证了最佳的制备工艺为电流密度为10A/dm、氢氧化钠浓度为9g/L、碳酸钠浓度为12g/L、氧化时间30min和氧化温度为30°C;对生成的氧化膜进行XRD测试,结果表明:锌铜钛合金阳极氧化膜主要是由氧化锌组成;对腐蚀后的样品进行了XRD测试,腐蚀产物中主要是由碱式氯化锌组成的,还含有少量的碱式碳酸锌,两种腐蚀产物对合金进一步腐蚀起到了延缓作用。2.通过使用表面封孔的手段,利用硅酸钠对阳极氧化后的合金进行进一步处理,并对封孔前后的样品进行极化曲线和交流阻抗的测试,结果表明:使用硅酸盐封孔可以有效提升合金的耐蚀性。

关键词：阳极氧化锌铜钛合金电化学测试封孔工艺盐雾试验

哌嗪衍生物对0.5M H2SO4介质中铜的缓蚀性能研究

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哌嗪衍生物对0.5M H2SO4介质中铜的缓蚀性能研究

作者：李勇重庆大学

学位级别：硕士

随着中国制造业和建筑业快速发展,铜的应用更加广泛和普遍,我国对铜的需求日益显著。但铜在一些恶劣环境下,会发生较为严重的腐蚀,导致资源浪费、生产效率降低等问题,造成一系列经济损失或安全问题。为此,金属铜的腐蚀和防护引起了广泛... 详细信息

随着中国制造业和建筑业快速发展,铜的应用更加广泛和普遍,我国对铜的需求日益显著。但铜在一些恶劣环境下,会发生较为严重的腐蚀,导致资源浪费、生产效率降低等问题,造成一系列经济损失或安全问题。为此,金属铜的腐蚀和防护引起了广泛的关注和研究。其中,缓蚀剂防腐技术具有高效快捷、可操作性强、设备简单等优点,在金属防腐蚀领域具有良好的应用前景。由于传统缓蚀剂的毒性普遍较大,随着绿色化学的发展和人们环保意识的不断提高,绿色高效腐蚀抑制剂的开发和探索已成为当前的重要课题。近年来,临床上的一些药物被研究用作缓蚀剂,实验证实了它们在酸性溶液中表现出优异的防腐蚀性能。本论文选取了七种毒性较低、价格便宜,且具有较好溶解性的哌嗪衍生物类药物作缓蚀剂。七种药物分别为氟奋乃静(FPZ)、三氟拉嗪(TPZ)、阿莫沙平(AP)、洛沙平(LP)、氯氮平(CP)、喹硫平(QTP)和11-(1-哌嗪基)二苯并[B,F][1,4]硫氮杂卓(11-PDTP)。通过系统的电化学测试和形貌表征等方法深入探讨了七种药物缓蚀剂分子的性能和机理,并通过理论计算,从分子/原子尺度上研究了缓蚀剂分子对铜表面防护机制,为发展绿色、高效、新型的缓蚀剂提供了实验和理论指导。本文研究内容如下:(1)通过电化学测试表明,在0.5 M硫酸溶液中,FPZ和TPZ对铜具有良好的缓蚀性能,两者均属于阴极型缓蚀剂,且FPZ比TPZ具有更好的缓蚀性能,对实验前后的样品进行了形貌分析。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)进一步证实了这两种化合物能够与铜形成配位键。X射线光电子能谱(XPS)证实,这两种缓蚀剂主要依靠N和S原子作为活性基团在Cu表面实现吸附。理论计算表明FPZ中的-CH能够提供电子,增强缓蚀性能,而TPZ上的-OH具有吸电子的诱导作用,不能延缓腐蚀,因此,FPZ的缓蚀性能要好于TPZ。此外,FPZ和TPZ在Cu表面的吸附符合Langmuir等温模型。(2)通过电化学测试,AP、LP和CP均在添加浓度为5 m M时的缓蚀效率最高,分别为94.0%、95.2%和96.6%,且都是阴极型缓蚀剂。形貌分析表明,缓蚀剂能够在铜表面形成一层致密的保护膜。AP、LP和CP在Cu表面的吸收符合Langmuir等温模型。理论计算揭示了其吸附模型和防腐机理,同时证明了由于LP中甲基供电子作用增强了与之相连苯环的共轭效应,因此LP的缓蚀性能好于AP。(3)通过电化学实验和表面形貌分析等方法,研究了不同结构的QTP和11-PDTP对铜在0.5 M硫酸溶液中的缓蚀性能和缓蚀机理。从实验和理论计算结果可知,两种缓蚀剂的电子云主要分布在类吩噻嗪环上,由于空间位阻效应,使哌嗪环与铜表面成一定的角度而远离,且QTP由于其复杂的长支链进一步增大空间位阻导致斥力更大,从而降低其对铜的吸附能力。因此11-PDTP的缓蚀性能优于QTP。

关键词：药物缓蚀剂哌嗪衍生物铜电化学测试量子化学计算

通过电解液添加剂减缓超级电容器自放电的研究

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通过电解液添加剂减缓超级电容器自放电的研究

作者：姚婧广西大学

学位级别：硕士

随着电子产品以及电动汽车行业的快速发展,便携式能量储能技术也引起了人们的关注。超级电容器因为能够快速充放电以及大量储存能量,成为了社会上必不可缺的电化学储能装置。但不容忽视的是,超级电容器在实际的应用过程中,会因为比较低... 详细信息

随着电子产品以及电动汽车行业的快速发展,便携式能量储能技术也引起了人们的关注。超级电容器因为能够快速充放电以及大量储存能量,成为了社会上必不可缺的电化学储能装置。但不容忽视的是,超级电容器在实际的应用过程中,会因为比较低的工作电压窗口而受到限制,相对于电池而言,能量密度也是较低的。而且,自身还存在着不可忽略的自放电情况。当超级电容器的工作电压发生改变的时候,其能量密度也随之发生改变。自放电现象一般由欧姆泄露,电荷分布以及法拉第反应引起的。法拉第反应包含两部分,活化控制的法拉第反应和扩散控制的法拉第反应。充分的了解超级电容器自放电的机制,才能找到有效的方法去解决这种现象。本工作中,我们通过在超级电容器的电解液中加入液体添加剂来提高超级电容器的工作电压窗口并减缓其自放电。分别选取了1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(TTE),1,1,1,3,3,3-六氟异丙基甲基醚(HFPM)和双(2,2,2-三氟乙基)醚(BTFE)作为超级电容器的电解液的研究对象。这种醚类添加剂作为一种新型电解液应用到超级电容器中,为提高超级电容器的工作电压窗口并减缓其自放电的研究提供了一种新思路。本文工作如下:(1)在含有乙腈和盐溶液的电解液中加入TTE作为超级电容器的电解液。对电解液中加入TTE和未加TTE的超级电容器进行了物理表征以及电化学性能测试。实验表明含TTE电解液的超级电容器的工作电压窗口可以达到3.6 V的高压。并且在3.6 V下,在电解液中添加TTE的超级电容器表现出最低的漏电流(118μA)以及最低的自放电行为,超级电容器经过充电,静置24 h后,开路电压依旧保持在1.48 V以上,相比于电解液中不加TTE的超级电容器来说,开路电势的下降减少了0.4 V。基于超级电容器自放电机制分析,发现自放电速率明显降低的原因可能是因为TTE的加入抑制了电解液的分解,减少了活化控制的法拉第反应。所以对于含有TTE电解液的超级电容器来说,能够在3.6 V高压下依旧表现出良好的性能,并且自放电现象也会得到减缓。(2)在3.6 V高压下,研究了HFPM和BTFE与TTE进行对比实验。电化学测试显示,漏电流和自放电行为:BTFE>TTE>HFPM。其它性能测试,如倍率性能、循环性能以及阻抗测试表明,BTFE超级电容器的性能依旧表现良好,说明BTFE的添加对超级电容器提高电压,抑制自放电也有着卓越的功能。

关键词：超级电容器电解液添加剂自放电电化学测试法拉第反应