论文部分内容阅读
多孔氧化镁纤维是一种具有优良物理化学性能的一维结构材料,同时具有较大的比表面积和吸附能力,能够应用于金属、陶瓷等材料的增强改性以及有害物质的吸附,已成为各国科学家关注的热点之一。本文研究用于热电池熔盐流动抑制剂的多孔氧化镁纤维的生长工艺。本文探索了水热法间接制备多孔氧化镁纤维的工艺条件,对所得产物进行了物理化学表征,探讨了多孔氧化镁纤维的生长机理,并将其作用流动抑制剂用于熔融电解质中。研究内容主要包括以下几个方面:1、以七水硫酸镁、氢氧化钠为原料,聚乙二醇为模板剂,采用水热法合成前驱体纤维,经煅烧制得具有与前驱体相似长径比的多孔氧化镁纤维。其长径比为50-1000μm、直径为0.8-4.5μm,前驱体及煅烧产物经XRD和SEM分析确定分别为碱式硫酸镁纤维和氧化镁纤维。2、通过正交试验对前驱体纤维的制备条件进行了简单优化,获得制备单一物相和形貌前驱体纤维的最佳工艺条件:水热温度160℃、水热时间15h、硫酸镁浓度2.0M。在适当的条件下,升高水热温度（150-180℃）、降低硫酸镁浓度（1.3-2.5M）能够有效增加产物的长径比;而适当降低水热温度、升高煅烧温度（950-1100℃）、增加聚乙二醇用量（n（PEG）/n（Mg SO4）=0-0.02）或分子量（4k-10k）能够增加氧化镁的孔径和比表面积。3、利用水热过程中均匀溶液饱和析出机制分析发现溶液过饱和度是影响前驱体长径比的关键因素之一;通过对前驱体的热分解过程的分析发现,PEG的燃烧、前驱体脱水和脱硫对产物孔结构等性质有重要影响。4、将具有不同长径比和孔径/比表面积的多孔氧化镁纤维作为流动抑制剂用于热电池电解质（KCl-Li Cl）,测试发现它们对热电池的物理及电化学性能有显著影响:随着纤维长径比增加、孔径增大,热电池电解质的在500℃时的泄漏和形变逐渐减小,在450℃时的放电时间（330-400s）、和电压平台（1.3-1.7V）逐渐增加。多孔氧化镁纤维与熔盐具有良好的润湿性,纤维形貌和孔结构增加它们的吸附能力及与熔盐的接触面积,同时为熔盐电子迁移提供通道,使得添加多孔氧化镁纤维的热电池具有比添加普通氧化镁粉体的热电池具有更优越的电化学性能和相似的电导率(450℃,0.52-0.54S·cm-1)。