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摘 要

现在全球能源问题越来越严峻，钠硫电池由于能够贮存大量能源越来越受到重视，但不锈钢集流体的腐蚀问题一直没有办法得到妥善解决。本文利用直流电镀Ni-W-Ce镀层并用重量法测试Ni-W-Ce镀层在350℃硫环境下腐蚀24h后的腐蚀速率，用XRD技术对镀层进行表征，用四探针法测试镀层的电阻值。结果发现： 直流电镀制备Ni-W-Ce镀层的最佳工艺条件为：电流密度为15A/dm²，温度为75℃，pH为9.0；测试镀层在温度为75℃，pH=9.0，电流密度为15A/dm²时有最小的腐蚀速率和方块电阻值，分别为0.1546mm/y以及0.3817mΩ 。

关键词：不锈钢集流体 直流电镀 Ni-W-Ce镀层 高温硫腐蚀

Study on preparation Technology of Ni-W-Ce coating on stainless Steel for High temperature Environment

Abstract

Nowadays, the global energy problem is becoming more and more serious, and more attention has been paid to the sodium-sulfur battery because of its ability to store a large amount of energy. However, the corrosion problem of stainless steel collector has not been solved properly. In this paper, the corrosion rate of Ni-W-Ce coating after 24 h corrosion in sulfur environment at 350 ℃ was measured by direct current electroplating Ni-W-Ce coating and gravimetric method. The coating was characterized by XRD technique and the resistance of the coating was measured by four-probe method. The results show that the optimum process conditions for the preparation of Ni-W-Ce coatings by DC electroplating are as follows: current density is 15A / dm² and temperature is 75 ℃ pH is 9.0. When the temperature is 75 ℃ and current density is 15A/dm², the coating has the minimum corrosion rate and sheet resistance, which are 0.1546mm/y and 0.3817m Ω, respectively, while the current density is 0.3817m Ω and the current density is 75 ℃ and the current density is 0.3817m Ω respectively.

Key Words: Stainless steel current collector; DC plating; Ni-W-Ce coating; High-temperature sulfur corrosion

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1钠硫电池的工作原理 1

1.1.2钠硫电池的发展现状及问题 1

1.1.3集流体简介 2

1.2 钠硫电池集流体的腐蚀与防护 2

1.3 电镀镍钨合金工艺研究进展 3

1.4 本课题研究意义 5

第二章 实验 6

2.1 实验药品及仪器 6

2.2 实验方案 7

2.2.1Ni-W-Ce镀层的制备 7

2.2.2镀层腐蚀实验 10

2.3 镀层性能测定 11

2.3.1重量法测腐蚀速率 11

2.3.2四探针法测定电阻 11

2.3.3 物相分析 12

第三章 实验结果分析与讨论 13

3.1 不同电流密度下制备Ni-W-Ce镀层 13

3.1.1镀层的表征 13

3.1.2腐蚀速度分析 14

3.1.3电导率分析 15

3.1.4物相分析 17

3.2 不同pH下制备Ni-W-Ce镀层 18

3.2.1镀层的表征 18

3.2.2腐蚀速度分析 19

3.2.3电导率分析 20

3.2.4物相分析 22

3.3 不同温度下制备Ni-W-Ce镀层 22

3.3.1镀层的表征 22

3.3.2腐蚀速度分析 24

3.3.3电导率分析 24

3.3.4物相分析 26

第四章 结论 27

参考文献 28

致 谢 31

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1钠硫电池的工作原理

钠硫电池的正负极反应分别为^[1]：

（1-1）

（1-2）

（1-3）

通过研究电池的总反应式，发现电池的反应产物是多硫化物。另外，钠硫电池的工作温度通常在300~350℃左右^[2]，不锈钢集流体在这个环境下的腐蚀相当严重。

钠硫电池由熔融态电极和固体电解质组成。其中有一个不锈钢的容器，容器中包含由固体电解质β-Al₂O₃制成的中心管（负责隔离正负极并传导钠离子），容器壁则是负极的集流体。而正极集流体通常由碳或石墨毡制成，用来传导负极活性物质。钠硫电池的外壳通常由不锈钢制成，可以用来传导外路电子^[3]。

Na/S电池的容器、集流体金属材料与活性物质液态钠和多硫化钠熔体间发生反应，受到严重的腐蚀侵袭。虽然铝在价格、重量和制造工艺方面非常适用，但与这些活性介质接触时腐蚀速度很快，甚至可能导致熔融Na的泄漏造成严重事故。因此搞清它们间的反应机制并研制能抗活性介质腐蚀的新型铝合金具有特殊意义，进一步完善铝材抗活性介质腐蚀的保护涂层研究也十分必要。而本课题针是对高温下硫的腐蚀性对集流体的影响展开研究。

1.1.2钠硫电池的发展现状及问题

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