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摘 要

钠硫电池是一种新型的二次电池，具有能量高、循环寿命长、成本低廉等优点。beta-Al₂O₃固体电解质作为钠硫电池的核心材料，其性能在很大程度上取决于铝基原料的结构和形貌，氢氧化铝可以作为其铝基原料之一。本课题利用电解法能量效率高、过程可控、产品纯度高、无阴离子杂质引入等优点，通过设计单因素实验探讨电解铝箔法制备氢氧化铝的工艺，探讨pH值、电流密度、电解温度对氢氧化铝产品性能的影响。实验结果表明，使用电解法制备氢氧化铝在30℃的电解温度能生成结晶度较好的样品；当电解液的pH为9、电流密度为4 A/dm²时，生成的氢氧化铝粒径最小，为6.998 μm。

关键词：钠硫电池 beta-Al₂O₃固体电解质 氢氧化铝 电解法

Preparation Process Study of Ultrafine Aluminum Hydroxide Powder by Electrolysis

Abstract

The sodium-sulfur battery is a new type of secondary battery and has the advantages of high energy, long cycle life, and low cost. Beta-Al₂O₃ solid electrolyte is the core material of sodium-sulfur battery. Its performance depends to a great extent on the structure and morphology of aluminum-based raw materials. Aluminum hydroxide can be used as one of its aluminum-based raw materials. In this project, the advantages of high energy efficiency, controllable process, high product purity, and no introduction of anion impurities were used in the electrolysis process. Through the design of single factor experiments, the process of preparing aluminum hydroxide by electrolysis aluminum foil method was discussed, and the pH, current density, and electrolysis temperature were discussed. Aluminum hydroxide product performance effects. The experimental results show that using electrolytic method to prepare aluminum hydroxide at 30 °C electrolysis temperature can generate samples with good crystallinity; when the electrolyte pH is 9 and the current density is 4 A/dm², the particle size of aluminum hydroxide produced The minimum is 6.998 μm.

Key Words: Sodium-sulfur battery beta-Al₂O₃ solid electrolyte Aluminum hydroxide Electrolysis method

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 钠硫电池概述 1

1.2 beta-Al₂O₃固体电解质简介 3

1.3 氢氧化铝的简介 4

1.3.1 拜耳法 5

1.3.2 烧结法 5

1.3.3 溶胶-凝胶法 6

1.4 电解法制备粉体材料的研究进展 6

1.5 本课题研究意义及内容 9

第二章 实验 10

2.1 实验原料 10

2.2 实验仪器 10

2.3 样品的制备 10

2.4 氢氧化铝的分析与表征 12

第三章 实验结果与讨论 13

3.1 不同pH值的电解液对电解产物的影响 13

3.1.1 物相分析 13

3.1.2 粒径分析 16

3.2 不同电流密度对电解产物的影响 17

3.2.1 物相分析 17

3.2.2 粒径分析 20

3.3 不同温度对电解产物的影响 21

3.3.1 物相分析 21

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 钠硫电池概述

随着科技的日益发展，能源愈来愈短缺的现象逐步加剧以及能源供应方式的逐步多元化，使得可再生能源的开发和利用是未来全球能源生产的大方向。目前，全世界风力发电所用的装备量已达2.6万kw以上，利用太阳能来产能的总量已达9100万kw。但是，可再生能源的发电量随风、光等资源强度变化而变化，不能直接出口电网或出售给用户。在与电网对接之前，需要进行稳定性能检测。研究表明，钠硫电池的储能性能十分优异，使其为风力发电、太阳能发电等可再生能源的利用提供了理想的储能方式^[1]。

钠硫电池具有绿色环保、能量效率高、耐久性好、容易装备使用等优点。近年来，钠硫电池在很多发达国家地区的电力系统中得到充分利用，如日本，北美和欧洲。并已运用于负载均衡装置、负荷削峰装置、持续电源装置、紧急电池设备、电力能量维修以及风能送电等多种重大项目，并且在输送配备电力系统及复合电储能系统中有很大发展前景^[2-6]。

归纳起来，钠硫电池具有以下的优点^[7-10]：

（1）电能较多，实际检测的比电能大约为290 Wh/kg，是铅酸电池比电能的3-4倍；

（2）大电流、大功率、放电性能好，放电时电流密度可达200-300mA/cm²，能瞬间释放其内能的3倍；

（3）充放电速度快，放电时几乎没有电流效率的损失，放电深度将近85%；

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