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铅碳金属复合物
来源:王泽龙 182 1045 0914时间:2016-11-30 08:58:37
众所周知,铅是非过渡元素,对炭是化学惰性的,松下蓄电池在石墨和金刚石表面形成钝接触角。铅对于石墨熔体的接触角在1073K时为钝角(130‘)。
制造铅—碳金属复合材料的新方法是根据碳离子与熔融金属铅之间直接的化学反应,这个化学反应是以氧化物或天然盐氧化物的熔体在700~750~C温度下进行反应,结果在熔融铅复合物中通过一步直接合成纳米铅粒子。不需多步合成单一的纳米碳。在如此高温下硬质合金碳化物离子与熔融铅碳粒子之间反应,就释放出金属粒状形式平均大小在10~50nm的固溶体、石墨片或石墨晶体。在这种合成材料中,碳粒子的含量、粒径大小、炭的形式、种类和浓度都与所用的金属或非金属碳化物的类型有关。
对铅碳合金复合物组成以及石墨膜(这种膜是在铅碳复合物和铅碳合金在硫酸溶液中发生电化学反应时形成的腐蚀产物)进行X衍射分析以及扫描电镜分析。结果发现这种新型铅碳金属有很高的含碳量,含碳量达25%以上,可作为铅酸电池板栅材料使用。已经测定Pb-C合金材料的密度为7.02~7.34g/cm3,电导率比纯铅高10%一23%,硬度比纯铅高10%~18%。
由于炭溶在固态铅里的量可以忽略不计,所有过量的炭是溶在熔融铅里的,冷却至室温时仍然以石墨片或炭粒形式保持,并对此进行了X射线衍射分析。分析结果看到,炭在铅里是以单独相形式存在的。
目前已合成了两类形式的铅炭金属材料,即LCl型和LC2型。LCl型含碳量高,在铅里以石墨片的形式出现或有些炭溶在铅复合物里;LC2型是炭粒子(2~10p.m大小),分散在铅复合物里,由于炭粒子在熔融金属里以原子形式出现,所以特别易吸湿。曾用拉曼(Raman)光谱分析过铅复合物中有以不同形式的炭出现。
松下蓄电池文献报道,对纯铅、铅—石墨金属复合物LCl及铅碳金属复合物LC2在4.5mol/L[32%(质量分数)]H2SO+溶液里做过电化学腐蚀行为的研究。这些电化学试验按AUTOLAB202N标准(荷兰标准)进行,还做过这三种电极系统的循环伏安曲线研究。最后还进行了标准循环研究。CV曲线在所有曲线里只有一个放电峰值是纯铅LCl、LC2的。只在第100次循环时放电电流峰值有所不同,其中纯铅最小(一62.5mA/cm2),较多的是LCl,碳铅金属复合物是一97.7mA/cm2,最大的是铅—石墨金属复合物,为一204.5mA/cm2。放电峰的位置在100次循环时向更负的方向稍有移动,从1.48V移至1.43mY。
在100次循环之后通过X射线分析纯铅有PbO相,此外还有Pb02相及PbSO+相。LCl和LC2表面上只有PbOz相及PBS04相存在,不存在PbO界面层及形成多孑L的PbOz层结构。这就是LCl或LC2(石墨—铅复合物、炭铅金属复合物)改善电化学行为要比纯铅好的原因。
电化学腐蚀行为令人关注:纯铅和Pb-C金属材料在H2S()d溶液中,LCl及LC2的电化学活性有所改善;这些铅炭复合物比纯铅有较快的腐蚀速率,但溶解度却相当低。最大的变化发生在循环的前四周,那时正是形成完整的PBS()+晶体层的时候,然后到第十四周,纯铅、铅炭复合物都还能进行电化学腐蚀;而LCl与LC2腐蚀试验都比较长。
因此可以得出:新型铅—石墨合金与铅炭合金的视密度为7.02~7.34g/cm’,电导率比纯铅高10%~23%,硬度比纯铅大10%一18%,都能在H2S04溶液中耐腐蚀,松下蓄电池其电化学耐腐蚀性能相当优良,可作为铅酸电池的新一代材料。