β--氧化鋁粉體材料及其陶瓷片的制備研究.pdf

1、鈉硫電池是一種倍受關(guān)注的電化學儲能技術(shù)，以其優(yōu)越的性能，逐漸引起世界各國科技工作者的重視，其系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率高達80％以上，安全性高、成本較低。鈉硫電池作為電化學能源家族中的新成員，它的產(chǎn)生一方面彌補了由能源不足而引發(fā)的危機。另一方面，由于它不排放任何有害物質(zhì)，使用或報廢后也不會對環(huán)境造成二次污染，是一種真正意義上的環(huán)保型新能源。鈉硫電池用于儲能具有獨到的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在原材料儲量大、能量和功率密度大、壽命長、不受場地限制、維護方便等特

2、點上。
　　鈉硫蓄電池與常用電池不同，它是由固體電解質(zhì)將兩個液體電極隔開:一個由β"-氧化鋁固體電解質(zhì)做成的中心管，將內(nèi)室的熔融鈉（熔點98℃）和外室的熔融硫（熔點119℃）隔開，并允許Na+通過。在電池內(nèi)部，Na+穿過固體電解質(zhì)和硫反應從而傳遞電流。因此β"-氧化鋁陶瓷管是鈉硫電池的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量很大程度上影響著電池的性能和壽命，它必須具有高的離子電導率、長的離子遷徙壽命、良好的纖維結(jié)構(gòu)和力學性能，以及準確的尺寸偏差。這些都對

3、陶瓷管的制備提出了很高的要求，目前陶瓷管存在著粉體制備和陶瓷管成型的困難。
　　本文主要針對制備β"-氧化鋁粉體和β"-氧化鋁粉體制備β"-氧化鋁陶瓷片上存在的問題進行研究。在研制β"-氧化鋁粉體材料時對比了不同方法、不同原料在制備β"-氧化鋁時的差別，得到最適宜的制備方法。通過改變原料摩爾比和煅燒溫度并結(jié)合公式計算β"-氧化鋁的含量得到制備β"-氧化鋁粉體材料的最佳條件。通過熱力學知識與DTA曲線分析研究了煅燒過程中發(fā)生的化學反

4、應。通過壓制燒結(jié)的方式制備β"-氧化鋁陶瓷片，并對比了兩種不同粉末在制備β"-氧化鋁陶瓷片時不同的現(xiàn)象。實驗表明:
　　1)使用α-氧化鋁和碳酸鈉為原料通過固相合成法是最適宜制備β"-氧化鋁粉體材料的方法。
　　2)煅燒溫度為1250℃、原料摩爾比為1∶5時煅燒生成的β"-氧化鋁含量高達95％，且摻雜的物質(zhì)只有β-氧化鋁，是制備β"-氧化鋁的最佳條件。
　　3)碳酸鈉與α-氧化鋁的反應發(fā)生在1170℃，同時生成β"-氧

5、化鋁和β-氧化鋁，且β"-氧化鋁比β-氧化鋁更容易生成;α-氧化鋁在1360℃再次生成，主要是因為氧化鈉的揮發(fā)導致β"-氧化鋁與β-氧化鋁容易分解，且因為β"-氧化鋁的含量遠遠大于β-氧化鋁，因此α-氧化鋁的生成主要依靠β"-氧化鋁的分解;1530℃時β"-氧化鋁轉(zhuǎn)化為β-氧化鋁同時生成偏鋁酸鈉。
　　4)煅燒粉末可以有效的降低粉末聚集，使得粉末粒度減小;煅燒后的粉末壓制密度比未煅燒的粉末壓制密度低;經(jīng)過煅燒處理的陶瓷片致密度較高