熔盐电化学
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2016年2月4日星期四
Li2CO3、 KCl2 、LiCl系中的反 电动势
KCl2 、LiCl体系中的反电 10 动势
实验结果与分析
四、以Li2CO3为原料的电解过程
由于 Li2CO3 分解成的 Li2O 在电解 质中的溶解度较低，电解过程不 稳定，因此除适当降低阳极电流 密度外，还要采用勤加料，少加 料的方法。 2O2- + C – 4e CO2
函数记 录仪
研究电 极
2016年2月4日星期四
5
实验方法
二、连续脉冲-示波器法：当脉冲电流通过电解槽时，在脉冲电流的下 部产生一系列平台，这些平台到基线的距离表示电解过程中的实际分解 电压，此值由示波器显示，由数字电压表测量。所以此法可在电解过程 中连续的对反电动势进行测量。
M 电 压 E ωt 连续脉冲-示波器法原理 N 单相交流电经全波桥式整流后，通过纯 电阻时，波形呈现规整的半正弦波形图， 但是一经电解，波形的特征将发生显著 的变化，在半正弦波的下面将出现一系 列平台。也就是说，电源从峰值电压M、 N下降后，不再回到零点，而是降到一系 列平台上，这一系列平台所代表的电压 值，就是在电解过程中的实际分解电压 值。当外加电压高出平台电压时，进行 着电解过程，在示波器上看到的是叠加 在反电动势之上的电源波形，而当电源 电压低于反电动势时，则由两极产物构 成原电池电动势，对外电路进行放电。
2016年2月4日星期四
6
实验结果与分析
一、 KCl2 、LiCl系电位扫描图
P1：Li – e P1’：Li+ + e P2: C2Li2 –2e
Li+ Li
C + Li+ C2Li2
P2’：C + Li+ + 2e P3: 2Cl- –2e P3’ Cl2 + 2e
2016年2月4日星期四
Cl2 2Cl7
四、由于脉冲-示波器法具有随时监控电解过程的功能，以此制定了电解 过程的加料周期，保证生产的稳定进行。 五、以Li2CO3代替LiCl作为电解生产金属锂原料，不但减少了环境污染， 而且降低了锂 的生产成本，是电解锂的发展方向。
2016年2月4日星期四 12
谢谢大家
2016年2月4日星期四
13
2Cl- –2e
Cl2
2016年2月4日星期四
11
结论
一、研究了Li2CO3在KCl2 、LiCl系中的电化学行为，发现添加Li2CO3后， 在扫描图上出现一个P2电流峰，此电流峰随Li2CO3含量的增加而增加。 二、经热力学计算，认定此电流峰是氧离子放电所致，并在阳极上有较 大的过电压。
三、无论是在KCl2 、LiCl体系，还是 Li2CO3、 KCl2 、LiCl体系，其反 电动势随电流密度的增加而增加，但含Li2CO3体系反电动势明显降低。
实验结果与分析
二、添加Li2CO3对电极过程的影响
电流峰P2是添加Li2CO3 参加反应的结果
P2：2O2- + C – 4e
CO2
2016年2月4日星期四
8
实验结果与分析
三、电流密度对反电动势的影响 （1） KCl2 、LiCl体系中的反电动势
反电动势：热力学计算的 理论分解电压与阴阳两极 过电压之和。 E反 = E0T +ηa + ηc
2016年2月4日星期四
9
实验结果与分析
三、电流密度对反电动势的影响 （2） Li2CO3、 KCl2 、LiCl系中的反电动势
现象：当向 KCl2 、 LiCl 体系中添加Li2CO3后，通 电后，相同电流密度下， 反电动势的数值明显降低。 由于 O2- 的析出电位低于 Cl- 的 析 出 电位 ， 导 致 反 电动势随之降低。说明此 时 在 阳 极 上已不 再 是 Cl放电，而由新加入的 Li2CO3代入的O2-放电了
Li2CO3在KCl2、LiCl熔体中的 电化学行为
张帆
Байду номын сангаас
唐成伟
2016年2月4日星期四
1
目录
引言 实验方法 实验结果与分析 结论
2016年2月4日星期四
2
引言
锂的生产
一、真空热还原法 ：碳热还原法、氢还原法、硅还原法、铝热还原法。 二、熔盐电解法
熔盐电解法：以KCl2、LiCl为 基本电解质体系，以钢为电 解槽兼做阴极，以 LiCl 为原 料，在直流电作用下 阳极产生氯气：2Cl- – 2e 阴极产生锂： Li+ + e Li Cl2
2016年2月4日星期四
3
引言
熔盐电解法的主要问题
1.消耗大量的直流电。 2.电解时阳极上产出的Cl2 对设备腐蚀严重，对环境污染大。 3.要消耗价格很贵的LiCl，且原料纯度要求较高。
本文主要研究以Li2CO3为原料的电解过程，试图代替以LiCl为原料的电解 法，以达到避免产生氯气、降低生产成本的目的。 一、 Li2CO3在KCl2、LiCl熔体中的电化学行为 本文内容 二、以Li2CO3为原料生成锂的过程
2016年2月4日星期四
4
实验方法
电位扫描法的原理：在研究电极与参比电极之间施加一个线性变化的电位， 由信号发生器产生的各种波形信号通入恒电位仪组成各种扫描电源， 一、电位扫描实验：由 FD 28 型超低频信号发生器与JH22B型恒电位 同时测量通过研究电极的电流和电位之间的关系。得到的扫描伏安图上于不 然后输入到电解槽的研究电极，与此同时，由函数记录仪记录研究 仪组成三角波扫描电源，由 LZ2204 型函数记录仪记录电位扫描V/A 同电位处有一系列电流峰。如果在电位扫描的范围内电极表面连续进行几个 电极对参比电极的电位和通过研究电极的电流。 曲线。 反应，或反应分几步进行，则分别出现几个电流峰，而且每个电流峰均不同 程度的与热力学计算的理论析出电位相对应。所以用电位扫描法来研究电极 实验中采用三电极系统，参比电极采用装有99.9%高纯锂的刚玉管制 上进行的反应及中间过程，判断电极反应的可逆程度，进而推断反应机理是 作，钼丝为参比电极引线. 十分方便的. 信号发 生器 恒电位 仪
Li2CO3、 KCl2 、LiCl系中的反 电动势
KCl2 、LiCl体系中的反电 10 动势
实验结果与分析
四、以Li2CO3为原料的电解过程
由于 Li2CO3 分解成的 Li2O 在电解 质中的溶解度较低，电解过程不 稳定，因此除适当降低阳极电流 密度外，还要采用勤加料，少加 料的方法。 2O2- + C – 4e CO2
函数记 录仪
研究电 极
2016年2月4日星期四
5
实验方法
二、连续脉冲-示波器法：当脉冲电流通过电解槽时，在脉冲电流的下 部产生一系列平台，这些平台到基线的距离表示电解过程中的实际分解 电压，此值由示波器显示，由数字电压表测量。所以此法可在电解过程 中连续的对反电动势进行测量。
M 电 压 E ωt 连续脉冲-示波器法原理 N 单相交流电经全波桥式整流后，通过纯 电阻时，波形呈现规整的半正弦波形图， 但是一经电解，波形的特征将发生显著 的变化，在半正弦波的下面将出现一系 列平台。也就是说，电源从峰值电压M、 N下降后，不再回到零点，而是降到一系 列平台上，这一系列平台所代表的电压 值，就是在电解过程中的实际分解电压 值。当外加电压高出平台电压时，进行 着电解过程，在示波器上看到的是叠加 在反电动势之上的电源波形，而当电源 电压低于反电动势时，则由两极产物构 成原电池电动势，对外电路进行放电。
2016年2月4日星期四
6
实验结果与分析
一、 KCl2 、LiCl系电位扫描图
P1：Li – e P1’：Li+ + e P2: C2Li2 –2e
Li+ Li
C + Li+ C2Li2
P2’：C + Li+ + 2e P3: 2Cl- –2e P3’ Cl2 + 2e
2016年2月4日星期四
Cl2 2Cl7
四、由于脉冲-示波器法具有随时监控电解过程的功能，以此制定了电解 过程的加料周期，保证生产的稳定进行。 五、以Li2CO3代替LiCl作为电解生产金属锂原料，不但减少了环境污染， 而且降低了锂 的生产成本，是电解锂的发展方向。
2016年2月4日星期四 12
谢谢大家
2016年2月4日星期四
13
2Cl- –2e
Cl2
2016年2月4日星期四
11
结论
一、研究了Li2CO3在KCl2 、LiCl系中的电化学行为，发现添加Li2CO3后， 在扫描图上出现一个P2电流峰，此电流峰随Li2CO3含量的增加而增加。 二、经热力学计算，认定此电流峰是氧离子放电所致，并在阳极上有较 大的过电压。
三、无论是在KCl2 、LiCl体系，还是 Li2CO3、 KCl2 、LiCl体系，其反 电动势随电流密度的增加而增加，但含Li2CO3体系反电动势明显降低。
实验结果与分析
二、添加Li2CO3对电极过程的影响
电流峰P2是添加Li2CO3 参加反应的结果
P2：2O2- + C – 4e
CO2
2016年2月4日星期四
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实验结果与分析
三、电流密度对反电动势的影响 （1） KCl2 、LiCl体系中的反电动势
反电动势：热力学计算的 理论分解电压与阴阳两极 过电压之和。 E反 = E0T +ηa + ηc
2016年2月4日星期四
9
实验结果与分析
三、电流密度对反电动势的影响 （2） Li2CO3、 KCl2 、LiCl系中的反电动势
现象：当向 KCl2 、 LiCl 体系中添加Li2CO3后，通 电后，相同电流密度下， 反电动势的数值明显降低。 由于 O2- 的析出电位低于 Cl- 的 析 出 电位 ， 导 致 反 电动势随之降低。说明此 时 在 阳 极 上已不 再 是 Cl放电，而由新加入的 Li2CO3代入的O2-放电了
Li2CO3在KCl2、LiCl熔体中的 电化学行为
张帆
Байду номын сангаас
唐成伟
2016年2月4日星期四
1
目录
引言 实验方法 实验结果与分析 结论
2016年2月4日星期四
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引言
锂的生产
一、真空热还原法 ：碳热还原法、氢还原法、硅还原法、铝热还原法。 二、熔盐电解法
熔盐电解法：以KCl2、LiCl为 基本电解质体系，以钢为电 解槽兼做阴极，以 LiCl 为原 料，在直流电作用下 阳极产生氯气：2Cl- – 2e 阴极产生锂： Li+ + e Li Cl2
2016年2月4日星期四
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引言
熔盐电解法的主要问题
1.消耗大量的直流电。 2.电解时阳极上产出的Cl2 对设备腐蚀严重，对环境污染大。 3.要消耗价格很贵的LiCl，且原料纯度要求较高。
本文主要研究以Li2CO3为原料的电解过程，试图代替以LiCl为原料的电解 法，以达到避免产生氯气、降低生产成本的目的。 一、 Li2CO3在KCl2、LiCl熔体中的电化学行为 本文内容 二、以Li2CO3为原料生成锂的过程
2016年2月4日星期四
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实验方法
电位扫描法的原理：在研究电极与参比电极之间施加一个线性变化的电位， 由信号发生器产生的各种波形信号通入恒电位仪组成各种扫描电源， 一、电位扫描实验：由 FD 28 型超低频信号发生器与JH22B型恒电位 同时测量通过研究电极的电流和电位之间的关系。得到的扫描伏安图上于不 然后输入到电解槽的研究电极，与此同时，由函数记录仪记录研究 仪组成三角波扫描电源，由 LZ2204 型函数记录仪记录电位扫描V/A 同电位处有一系列电流峰。如果在电位扫描的范围内电极表面连续进行几个 电极对参比电极的电位和通过研究电极的电流。 曲线。 反应，或反应分几步进行，则分别出现几个电流峰，而且每个电流峰均不同 程度的与热力学计算的理论析出电位相对应。所以用电位扫描法来研究电极 实验中采用三电极系统，参比电极采用装有99.9%高纯锂的刚玉管制 上进行的反应及中间过程，判断电极反应的可逆程度，进而推断反应机理是 作，钼丝为参比电极引线. 十分方便的. 信号发 生器 恒电位 仪