Способ определения термодинамических свойств соединений лития в твердом состоянии Советский патент 1984 года по МПК G01N27/46 

Изобретение относится к исследованию свойств материалов с помощью электрохимических средств, в частности к способам определения термодинамических свойств соединений лития в твердом состоянии.

Известен способ определении термодинамических СВОЙСТВ соединений лития в твердом состоянии путем измерения электродвижущих сил (ЭДС} концентрационных по отнсмлению к электродам систем Cl.

Однако этот способ характеризуется недостаточной точностью измерений.

Наиболее близким техническим . решением к изобретению является способ определения термодинамических свойств соединений лития в твердом состоянии, заключающийся в том, что электрод, представляющий собой исследуемое соединение лития, и электрод сравнения погружают в расплав электролита, помещенного в измерительную ячейку, стабилизируют температуру в измерительной ячейке и измеряют ЭДС между электродом, представляющим собой и исследуемое соединение лития, и электродом сравнения С2.

Однако известный способ недостаточно точен, продолжителен по времени и требует большого расхода электроэнергии.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения термодинамических свойств соединений лития в твердом состоянии, заключающемуся в том, что электрод, представляющий собой исследуемое содинение лития, и электрод сравнения погружают в расплав электролита, помещенного в измерительную ячейку, стабилизируют температуру в измерительной ячейке и .измеряют ЭДС между электродом, представляющим собой исследуемое соединение лития, и электродом сравнения, в расплав электролита помещают дополнительный электрод, выполненный из более электроположительного по отношению к литию вещества, и вспомогательный эле трод (анод), и после стабилизации температуры в измерительной ячейке проводят катодную поляризацию дополнительного электрода ступенчато возрастающими прямоугольными импульсами тока, длительность которых находится в пределах от 5 до 30 с, а измерение ЭДС проводят одновременно с прохождением заднего фронта импульса.

Длительность импульса поляризующего тока, выбранного в пределах от 5 до 30 с, обеспечивает установление равновесного состояния, образующегося на поверхности электрода сплава лития в твердом состоянии (локальное равновесие /. Поэтому измерение ЭДС между электродом, представляющим собой исследуемое соединение лития, и электродом сравнения проводят одновременно с прохождением Зсщнего фронта импульса.

Использование импульсов поляризующего тока длительностью более 30 с увеличивает продолжительность процесса осуществления .способа, а длительность импульса менее 5 с недостаточна для установления равновесного состояния, образующегося на поверхности электрода из более электроположительного по отношению к литию компонента сплава лития в твердом состоянии.

Пример. В эвтектический расплав LiCl-LiF-KCl при температуре 723 К, в котором находится свинцовый электрод сравнения, вводят электрод КЗ кремния и вспомогательный электрод {анод/ из спектрально чистого графита. Затем про|водят катодную поляризацию кремниевого электрода ступенчато возрастающими прямоугольными импульсами тока длительностью 15 с. При этом на поверхности электрода происходит раряд ионов лития с образованием сплава лития с кремнием в твердом состоянии. Результаты экспериментов показуют, что длительность импульса поляризующего тока достаточна для г достижения равновесного состояния образующегося сплава (локальное равновесие ). Поэтому измерение ЭДС между электродом сплава и электродом сравнения проводят одновременно с прохождением фронта импульса. Увеличение катодной плотности поляризующего тока до- 3 позволяет измерить ЭДС сплавов лития с кремнием в твердом состоянии в широком интервале концентраций.

Пример 2. В расплав LiNOj-K эвтектического состава при температуре 423 К, содержащий литиевый электрод сравнения, вводят алюминиевый электрод и вспомогательный электрод (анод I из лития. После стабилизации температуры проводят катоную поляризацию алюминиевого электрода ступенчато возрастающими прямоугольными импульсами тока длительностью 15 с. При катодной плотности тока от 93 до 5,8-10 А/м на поверхности электрода происходит выделение лития с образованием сплава лития с алюминием. Пятнадцатисекундная длительность импульса поляризующего тока обеспечивает установление локального равновесия между образующимся сплавом и объемом электролита. Поэтому измерение ЭДС между электродом сплава и литиевым

электродом сравнения проводят одновременно с прохождением заднего фронта импульса.

Величина ЭДС, соответствующая образованию на поверхности алюминиевого электрода двухфазной области (о + /3 J , определенная по предлагаемому способу, равна 0,337fO,002 относительно литиевого электрода сравнения. Полученное значение ЭДС хорошо согласуется с величинами ЭДС сплавов лития с алюминием в твердом состоянии в данной области концентраций, полученнымипо известному способу.

Однако продолжительность исследования термодинамических свойств сплавовлития с алюминием по предлагаемому способу составляет 0,9 ч а по известному 31 ч. При Проведении исследований по предлагаемому способу исключаются предварительные операции по изготовлению литийалюминиевых сплавов. Эти операции, включающие сплавление лития с алюминием в стальных тиглях при температуре 1023 К и последующий гомогенизирующий отжиг, требуют специального оборудования, а также значительного расхода электроэнергии. В таблице приведены затраты электроэнергии на проведение исследований по определению термодинамических свойств сплавов лития с алюминием в твердом состоянии по предлагаемому известному способам.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ -СОЕДИНЕНИЙ ЛИТИЯ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ, заключающийся в том, что электрод, представляющий собой исследуемое соединение лития, и электрод сравнения погружают в расплав электролита, помещенного в измерительную ячейку, стабилизируют температуру в измерительной ячейке и измеряют ЭДС между исследуемым электродом и электродом сравнения, отличающий ся тем, что, с целью повышения точности измерений, в расплав электролита помещают дополнительный электрод, выполненный из более электроположительного по отношению к литию вещества, и вспомогательный электрод (анод), и- после стабилизации темс 9 пературы в измерительной ячейке проводят катодную поляризацию дополни(Л тельного электрода ступенчато возрастающими прямоугольными импульсами тока, длительность которых находится в пределах от S до 30 с, а измерение ЭДС проводят одновременно с прохождением заднего фронта импульса. 00 со

Всего

Бели принять количество потребленной электроэнергии на проведение исследований по определению термодинамических свойств сплавов лития с алюминием по известному способу за 100%, то использование предлагаемого способа позволит сократить расход электроэнергии на 96-97%

0,8

21,0-23,2

при одновременном повышении точности измерений.

Предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность процесса определения термодинамических свойств сплавов лития в твердом состоянии на 3132 ч,упростить его осуществление и снизить затраты электроэнергии на 96-97% .