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由于能源危机和环境污染问题日益严峻,清洁能源越来越受到人们的青睐,氢能便是其中之一。储氢材料作为其载体在氢能的开发利用中发挥着重要作用。铁钛合金是最早开发用于储氢的合金之一。它具有资源丰富、成本低等优点,但流程复杂、活化困难等限制了它的发展。熔盐电脱氧法(简称FFC法)是近几年新兴的一种冶金/材料新工艺。采用该工艺制备合金具有流程短、产品纯度高、合金元素比例易于控制等优点。同时,还原后的阴极具有多孔形貌,利于储氢;采用FFC工艺还能充分利用我国丰富的钛铁矿资源。综合来说,采用FFC工艺制备TiFe储氢合金与传统方法相比具有简化工艺流程、改善活化性能、资源综合利用等优点。
因此,本文对TiO2和Fe2O3混合氧化物电极直接电解过程进行了研究,主要研究内容和结果如下:
(1)对TiO2和Fe2O3混合氧化物电极的制备工艺进行了研究,重点考察烧结制度对电极性能的影响;通过研究确定了熔盐的预处理方法。
(2)对混合电极的还原过程进行了研究。电极的还原是由外而内进行的,还原过程可以大致分为两个阶段:初期的铁还原期和后期的TiFe生成期。热力学计算的结果很好地对解释了上述还原过程,并指出CaTiO3的还原是其中最难还原的一步。
(3)计算了电解过程的电流效率,主要考察了电解时间、电压对电流效率的影响;分析了槽电压的组成;计算了电解过程的直流电耗,由于电流效率仅10%左右,体系的直流电耗较高。
(4)测定了所制备TiFe合金的电化学性能。所制得的TiFe合金无须活化便具有一定的储氢能力,电化学储氢容量最高可达到60mA·h·g-1,远优于传统方法制备的TiFe,与高能球磨的接近。