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熔盐电化学原理与应用 内容提要 |
《熔盐电化学原理与应用》深入浅出地全面论述了熔盐电化学的基本理论知识，结合实际介绍了熔盐电化学中的主要研究方法，除电化学中常用的电位扫描伏安法、计时电位法和交流阻抗法之外，还介绍了近十种在实际电解中反电势的测量方法，重点推荐了“连续脉冲示波器法”、“纹波法”和“扫描参比电极法”，并给出了在徐州铝厂、淄博铝厂和抚顺铝厂的应用实例，其目的是帮助读者解决在生产和实验中遇到的问题。这些方法和实例是作者几十年的经验总结和研究成果，在一般的专业书中是很难找到的。
《熔盐电化学原理与应用》可供电化学工作者和冶金工作者学习参考，也可作为冶金专业大学本科生、研究生的教学用书。
目录 简介 前言 读者对象
第1章绪论1
11熔盐电化学因熔盐电解而诞生1
12熔盐电解质3
121熔盐电解质的性质3
122电解的原料5
123电极过程6
1231阴极过程6
1232阳极过程6
13电解槽结构7
131单极电解槽7
132双极电解槽8
14理想中的熔盐电解槽9
141理想电解槽的特点9
142理想电解槽结构9
参考文献10
第2章熔盐结构12
21熔盐的基本性质和结构12
22熔盐结构模型14
２２１“似晶格”或“空位”模型14
２２2空穴模型14
２２3液体自由体积模型16
２２4特姆金（Ｔｅｍｋｉｎ）模型17
２２5熔盐结构的计算机模型（“硬核软壳”模型)17
２２51ＭＣ法的基本原理和应用18
2252MD法模拟熔盐结构18
23冰晶石熔体结构19
２３１冰晶石结构20
２3２含Ｎａ３ＡｌＦ６的ＮａＦＡｌＦ３系物理化学性质20
２33密度法研究冰晶石结构21
24冰晶石氧化铝熔体结构23
参考文献26
第3章熔盐的电导和离子迁移27
31两类导体27
32电解质的活度29
321水溶液中活度的概念29
322熔盐电解质中的活度概念29
33熔盐电导30
34混合熔盐的电导34
35熔盐电导与温度的关系35
36熔盐电导与黏度的关系36
37熔盐电导与相图的关系37
38熔盐中的离子迁移数38
参考文献39
第4章界面与双电层40
41界面双电层40
42绝对电位差与相对电位差42
43电毛细现象与李普曼(Ｌｉｐｐｍａｎ)方程44
431电毛细现象44
432李普曼（Ｌｉｐｐｍａｎ）方程44
44微分电容45
45离子双电层结构48
４５１赫姆荷兹（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ）模型48
４５２古依（Ｇｏｕｙ）模型49
４５３斯特恩（Ｓｔｅｒｎ）模型50
46零电荷电位53
４６１金属在溶（熔）液中的零电荷电位53
４６２零电荷电位的测量54
47零电荷电位与功函54
48金属与熔盐的界面结构56
49湿润现象及其热力学57
４９１湿润现象57
４９２湿润角与Ｙｏｕｎｇ方程58
参考文献59
第5章熔盐电解用电极材料60
51阴极材料60
511概述60
512炭素材料61
513陶瓷材料64
52阳极材料66
521概述66
522金属材料66
523炭素材料67
524陶瓷材料和金属陶瓷材料69
参考文献72
第6章不可逆的电极过程74
61电化学装置的可逆性74
611化学反应可逆性74
612热力学上可逆性75
62电极的极化75
63电极过程的控制步骤77
６31电极反应的特点77
632电极反应的控制步骤77
参考文献79
第7章电极过程动力学80
71电荷转移动力学方程80
711电极电位对活化能的影响80
712电极反应速度与电极电位81
72交换电流密度与电极反应速度常数82
721交换电流密度和过电压82
722反应常数83
73稳态极化时的电极动力学方程84
731高过电位时的动力学公式与Ｔａｆｅｌ方程85
732弱极化时的动力学方程86
74浓差极化及其动力学方程87
75化学极化88
76电荷转移步骤的量子化学理论90
７６１电子迁移的隧道效应和弗兰克康东原理90
７６２电子在电极与溶液界面上发生隧道效应的条件91
参考文献93
第8章铝电解中的电极过程94
81铝电解中炭阳极上的电化学反应94
811阳极反应的理论计算94
812阳极反应的证明——电位扫描法的研究结果95
8121实验装置95
8122研究结果95
813阳极反应的特点97
8131阳极反应高度不可逆97
8132阳极表面的钝化97
814阳极反应的进一步证明——计时电位法的研究结果99
82阳极过电压100
821阳极过电压的测量方法100
8211连续脉冲示波器法的原理100
8212连续脉冲示波器法的测量线路101
8213测量装置101
822铝电解中的阳极过电压和反电动势103
8221电流密度对反电动势(过电压)的影响103
8222极距对反电动势的影响103
823阳极过电压104
824工业电解槽上的反电动势与炭阳极上的过电压105
8241“ ”形参比电极测量工业炭阳极过电压105
8242工业电解槽上阳极过电压的测量结果106
825阳极过电压产生的原因及控制步骤106
８３阳极过电压控制步骤的证明107
８３１阳极过电压控制步骤的证明——残余电动势法的研究结果107
８３２阳极过电压控制步骤的进一步证明——交流阻抗法的研究结果109
８３２１交流阻抗法的基本原理和等效线路109
８３２２Ｌｉｓｓａｊｕｓ图形法测量电极交流阻抗110
８３２３交流阻抗的模拟测量112
８３２４交流阻抗法的研究结果114
８３２５电极反应控制步骤的判定116
８４氧离子在炭阳极上放电的微观结构——量子化学的研究结果118
８４１计算方法118
８４２碳表面模型的选择119
８４３量子化学的计算结果121
８４３１ＥＨＭＯ计算结果121
８４３２ａｂｉｎｉｔｉｏ计算结果123
85双电层电容、湿润性及零电荷电位125
８５１熔滴在电极板上的湿润角125
８５２湿润角的测量方法125
８５３电极电位对湿润角的影响127
８５４电极电位对双电层电容的影响128
８５５熔滴在炭板上的湿润与收敛129
８５６阳极效应的观察130
８５６１石墨炭棒上的阳极效应130
８５６２石墨炭板上的阳极效应130
86惰性铂阳极在冰晶石氧化铝熔体中的过电压132
８６１铂阳极在冰晶石氧化铝熔体中的过电压132
８６２阳极反应过程及其控制步骤132
863残余电动势法的研究结果135
864电位扫描法的研究结果136
87临界电流密度及阳极效应137
871临界电流密度及影响因素137
8711扫描速度对临界电流密度的影响137
8712氧化铝浓度对临界电流密度的影响138
8713添加剂ＮａＦ、ＭｇＦ２、ＬｉＦ对临界电流密度的影响140
8714临界电流密度与峰电流140
8715温度对临界电流密度的影响141
8716外部气压对临界电流密度的影响141
8717搅拌电解质对临界电流密度的影响141
872蝴蝶突变数学模型对阳极效应的描述142
873工业电解槽上阳极效应的电压特点146
874高电压下的电位扫描伏安图146
875阳极效应时的高频电流147
876惰性金属阳极上的阳极效应149
877阳极效应的发生机理150
88铝电解中的阴极过程152
881阴极反应152
8811阴极反应的两种观点152
8812阴极过电压152
8813电位扫描法的研究结果152
8814阴极过电压机理153
882别略耶夫猜想及阴极表面双电层结构154
8821别略耶夫猜想154
8822MC法的基本原理154
8823含ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＮａＦ电解质阴极表面的双电层结构155
8824添加剂ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＬｉＦ对阴极过程的影响157
参考文献157
第9章熔盐电解常用的电化学研究方法159
91极化曲线(或反电动势)的测量159
９１１几个基本概念159
９１２极化曲线估算法求电解过程中的Ｅ反160
９１３断电法求Ｅ反161
９１４换向法求Ｅ反162
９１５连续脉冲示波器法162
９１６纹波法163
９１７记忆函数仪法求Ｅ反164
９１８连续脉冲计算机法166
９１９工业电解槽反电动势的测量方法166
９１９１断电法166
９１９２电流、电压波动法测量Ｅ反167
９１９３扫描参比电极法测电动势168
92电位扫描法的原理及应用170
921电位扫描法的原理170
922电位扫描法的测量装置173
923电位扫描法在熔盐电解中的应用173
9231电位扫描法在铝电解中的应用173
9232电位扫描法在研究ＴｉＣｌ４还原机理中的应用173
9233在研究MgCl２电解中铁离子行为的应用174
9234电位扫描法在电解ＡｌＣｌ３中的应用174
9235ＰｂＣｌ２电解中的电位扫描图174
9236Ａｌ２Ｓ３电解中的电位扫描图175
9237电解法生产ＰｂＣａ合金中的电位扫描图175
9238半导体电极上的电位扫描图176
93计时电位法的原理及应用176
参考文献177
第10章熔盐燃料电池179
101燃料电池的历史179
102燃料电池的原理182
103燃料电池的能量转换效率183
104燃料电池的功率186
105熔融碳酸盐燃料电池187
1051工作原理188
１０511电极的还原反应机理189
10512电极的氧化反应机理190
1０52电解质与电池隔膜191
1053电极193
1０531电催化剂193
1０532电极制备195
1０54双极板196
1０55气体重整197
1０56影响熔融碳酸盐燃料电池性能的因素198
参考文献199
第11章熔盐蓄电池201
111蓄电池的工作原理201
112蓄电池的重要参数202
1121电压电流密度特性曲线202
1122贮存容量203
1123比能量和比功率203
113蓄电池的性能207
1131电池电动势207
1132电池内阻207
1133开路电压207
1134电池寿命208
114蓄电池电极材料的选择208
115熔盐溶剂体系的选择209
116熔盐锂电池210
1161电池化学211
11611电池正极211
11612电池负极212
1162电极和电池动力学214
1163电池的材料和构件217
11631电解质217
11632隔板218
11633金属硫化物电极218
11634锂合金电极220
11635集电器221
11636双极性边缝密封材料222
117熔盐钠电池222
1171熔盐钠电池的结构和工作原理223
11711电池的正极224
11712电池的电解质224
11713电池的负极225
1172电池的性能特点225
11721比功率225
11722比能量225
11723电池的充电226
11724电池的安全性226
11725电池的过充电保护机制227
参考文献227
附录1常用元素的电化学当量229
附录2各种熔融金属氧化物的理论分解电压（２５～２０００℃）231
附录3各种熔融金属氟化物的理论分解电压(25～1500℃)235
附录4各种熔融金属氯化物的电极电位237
前言 简介 目录 读者对象
熔盐电化学是因熔盐电解的诞生与发展而发展的一门科学。它是研究直流电通过熔盐而引起的化学变化，以及由化学变化而产生电流的一门科学。由于熔盐中不存在“氢离子屏障”，因此从理论上说，任何活泼的金属或元素都可以由熔盐电解法制取。目前，采用熔盐电解法生产的金属多达六十余种。其中最典型的是冰晶石氧化铝熔盐电解法生产金属铝。自1886年HH法问世后，1956年世界铝产量超过了铜，居有色金属之首，而到了2005年世界铝产量已近3000万吨，成为名副其实的仅次于钢铁的重要工程金属。在我国，不但金属铝的产量居世界之首，而且铝冶金技术也进入世界先进行列。近年来，世界铝冶金研究中心也有向中国转移的倾向。与此相对应，作为熔盐电解基础的熔盐电化学则理应有一个快速的发展。《熔盐电化学原理与应用》是首次以熔盐电解为基础而阐述电化学理论的专业图书，相信无论是对促进熔盐电解的进步，还是促进熔盐电化学自身的发展都将有所裨益。
《熔盐电化学原理与应用》是在作者熔盐电化学讲义的基础上经多次修改和完善逐渐形成的，内容除包括熔盐电化学的基本理论知识外，特别注重其在熔盐电解中的应用、在熔盐电池中的应用及熔盐电化学研究方法的阐述，旨在使理论与生产实际结合起来，与实验研究结合起来。国外一些电化学专著往往写得抽象而艰深难懂，使初学者视为畏途。故《熔盐电化学原理与应用》力求明白晓畅，并给出详细的应用实例，以利于对理论的理解和自学。《熔盐电化学原理与应用》所举实例多为在铝电解电极过程中的典型实例，其中大部分为作者自己的研究结果，相信会有一定的说服力，当然，这就难以论述得十分完美而必然漏出瑕疵了。
《熔盐电化学原理与应用》共11章，分别由张明杰（第1～4章、第6～9章）、王兆文（第5章）和高炳亮（第10、第11章）完成。最后由张明杰和王兆文统稿。
《熔盐电化学原理与应用》除可供电化学工作者和冶金工作者学习参考外，亦可作为冶金专业本科生、研究生的教学用书。
《熔盐电化学原理与应用》在编撰过程中得到邱竹贤院士的帮助和指导，在此表示感谢；对书中所引文献的作者表示感谢。
由于作者水平所限，书中不足之处在所难免，诚恳期望读者批评指正。
编著者２００６年6月
读者对象 简介 目录 前言
《熔盐电化学原理与应用》可供电化学工作者和冶金工作者学习参考，也可作为冶金专业大学本科生、研究生的教学用书。
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熔盐电化学原理与应用 目录 |
第1章绪论1
11熔盐电化学因熔盐电解而诞生1
12熔盐电解质3
121熔盐电解质的性质3
122电解的原料5
123电极过程6
1231阴极过程6
1232阳极过程6
13电解槽结构7
131单极电解槽7
132双极电解槽8
14理想中的熔盐电解槽9
141理想电解槽的特点9
142理想电解槽结构9
参考文献10
第2章熔盐结构12
21熔盐的基本性质和结构12
22熔盐结构模型14
２２１“似晶格”或“空位”模型14
２２2空穴模型14
２２3液体自由体积模型16
２２4特姆金（Ｔｅｍｋｉｎ）模型17
２２5熔盐结构的计算机模型（“硬核软壳”模型)17
２２51ＭＣ法的基本原理和应用18
2252MD法模拟熔盐结构18
23冰晶石熔体结构19
２３１冰晶石结构20
２3２含Ｎａ３ＡｌＦ６的ＮａＦＡｌＦ３系物理化学性质20
２33密度法研究冰晶石结构2 |
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