離子液體作為電解質應用于電解鋁的分析

1、離子液體作為電解質應用于電解鋁的分析摘要：本文分析了離子液體的主要特征，以此強調其作為電解質應用于電解 鋁反應中的優(yōu)勢。在此基礎上，以氯鋁酸型離子電解液、非氯鋁酸型離子電解液 這兩類用于低溫電解鋁中的離子液體電解質為切入點，對電解鋁反應中的離子電 解液的具體運用進行闡述，為后續(xù)離子電解液繼續(xù)研究的展開提供參考。關鍵詞：離子液體；電解質；電解鋁引言：在室溫條件下，由正離子與負離子所構成的液體統(tǒng)稱為離子液體（全 部由離子組成的液體）。目前，將離子液體作為電解液投入電解鋁工藝中得到重 點的研發(fā)與應用，基于離子液體的低溫電解鋁技術迅速發(fā)展。一、離子液體的主要特征分析離子液體作為溶劑擁有較為獨特的特征，

2、主要集中在以下幾方面：（1）液 態(tài)溫度范圍相對寬闊。對于離子液體而言，其液態(tài)溫度范圍一般穩(wěn)定在低于（接 近）室溫至300C以上，且有著理想的化學穩(wěn)定性。依托對陰離子與陽離子大小、 結構的調整，可以促使離子液體在低于室溫、室溫條件下已然保持在液體狀態(tài)下。（2）具備極強的溶解能力。在溶解濃度相對較高的金屬有機化合物、無機化合 物、有機化合物的過程中，離子液體均可以發(fā)揮出極為理想的溶解性能，甚至可 以實現(xiàn)對聚合物的有效溶解。（3）導電性能相對理想。由于離子液體屬于全部 由離子組成的液體，所以其具備理想的導電性能，且電化學窗口寬度高，在電化 學領域有著較好的應用價值與應用前景（4）擁有較高的熱穩(wěn)定性。

3、在300C 的環(huán)境溫度條件下，大多數(shù)離子液體依然可以表現(xiàn)出較為理想的熱穩(wěn)定性，不會 發(fā)生分解。從這一角度來看，離子液體擁有良好的化學穩(wěn)定性，支持長時間的保 存。（5）蒸氣壓處于較低水平。離子液體所擁有的蒸汽壓相對較低，所以其揮 發(fā)性更小，有效避免在存儲過程中發(fā)生蒸發(fā)散失的問題，可以循環(huán)利用，且有效 規(guī)避由于揮發(fā)所帶來的環(huán)境污染問題的發(fā)生。二、電解鋁反應中的離子電解液的具體運用探究（一）氯鋁酸型離子電解液的應用應用流程與原理氯鹽離子液體與過量氯化鋁混合構成氯鋁酸型離子電解液，相比于高溫電解 鋁技術而言，基于氯鋁酸型離子電解液的低溫電解鋁技術可以在環(huán)境溫度穩(wěn)定在 100C以下時完成電解。在此過程中

4、，普遍應用惰性電極，此時具有高附加價值 的氯氣從陽極析出，陰極則析出固態(tài)鋁。在這樣的反應過程中，產(chǎn)生的化學反應 原理如下所示：在陽極區(qū)域，AlCl-離子分解為七氯合二鋁離子、氯氣以及離 4子；在陰極區(qū)域，七氯合二鋁離子與離子反應生成鋁以及AlCl-離子；在離子4電解液中發(fā)生的總反應為，七氯合二鋁離子分解為氯氣、鋁以及AlClJ離子。由于基于氯鋁酸型離子電解液的低溫電解鋁技術擁有相對溫和的電解條件 （即溫度穩(wěn)定在100C以下），所以在當前的電解鋁生產(chǎn)中發(fā)揮出較高優(yōu)勢，應 用前景相對理想。影響因素第一，電極材料因素的影響。在選用的電極為鎢電極時，鋁在該電極區(qū)域發(fā) 生的沉淀包含在擴散耦控制生長的瞬時

5、成核過程的范圍內(nèi)；在選用的電極為鋁電 極時，鋁在該電極區(qū)域發(fā)生的沉淀包含在動力學控制過程的范圍內(nèi)。由于鎢電極 具有相對特殊的結構以及化學組成，所以將其投入電解鋁的反應中，能夠促使部 分鋁在鎢電極表面位置產(chǎn)生欠電沉積；若是使用的電極為鋁電極，則無法觀察到 想用或相似結果，能夠看出電極材料在電解鋁的鋁沉淀過程中存在著較大的影響 力。實踐中，如果使用基于P90鋰鋁合金的電極、或是基于鎂合金的電極，則可 以在反應后于相應電極表面觀察到致密、均勻鋁層。第二，電流密度因素的影響。在基于氯鋁酸型離子電解液的低溫電解鋁反應 過程中，電流密度因素會對沉積鋁的顆粒大小產(chǎn)生影響。通常情況下，在電流強 度不斷增高的提

6、條件下，所獲取到的沉積鋁顆粒大小會隨之下降；在落實電化學 前處理的過程中，如果電流密度有所增高，那么鋁層與基底之間的結合力也會呈 現(xiàn)出增大的趨勢；在電流脈沖的支持下，溶液濃度差極化現(xiàn)象有所減弱，推動電 極表面沉積層的致密程度上升；在電流密度增加的條件下，鋁層球狀結構增大， 而鋁層晶粒的粒徑下降。第三，添加劑因素的影響。提取適量添加劑加入基于氯鋁酸型離子電解液的 低溫電解鋁反應過程中，也能夠對鋁的沉積造成影響。例如，當加入一定量的苯 后，可以促使沉積鋁層的質量有所改善，同時提升相應鋁層表面的光亮程度；當 加入一定量的煙酸作為添加劑參與低溫電解鋁反應后，所獲取到的沉積鋁晶體的 粒徑更低，穩(wěn)定在(1

7、43)納米的范圍內(nèi)；當加入一定量的甲苯作為添加劑參 與低溫電解鋁反應后，會促使離子電解液內(nèi)所包含著的七氯合二鋁離子與 AlCl-離子的比例有所改變，對鋁的欠電位沉積做出抑制，以此達到完善沉積4鋁層形貌、表面光亮程度的效果。(二)非氯鋁酸型離子電解液的應用TfN-型離子液體電解鋁對于TfN-型離子液體而言，其在空氣與水的條件下均擁有理想的穩(wěn)定性， 2易于干燥以及純化；在室溫條件下，促使鋁在電極位置發(fā)生基于成核生長的電沉 積，維護鋁沉積層的致密性、均勻性以及表面光亮程度，所得到的沉積鋁晶體粒 徑穩(wěn)定在100納米以下；在100C以上的溫度下，室溫條件下出現(xiàn)的成核生長現(xiàn) 象消失，且所得到的沉積鋁晶體粒

8、徑穩(wěn)定在34納米左右2。N(CN)-型離子液體電解鋁N(CN)2-型離子液體的黏度相對較低，擁有更為理想的絡合能力，且不容易 吸水，是一種性能優(yōu)質的氯化鋁溶劑的，能夠為電解反應的展開提供有力支持。實踐中，在氯化鋁的濃度達到每升1.6摩爾的條件下，即可實現(xiàn)鋁的低溫電沉積。乙酞胺型離子液體電解鋁將乙酞胺型離子液體作為電解液可以促進低溫電解鋁反應的展開，在這種離 子液體的陽離子中，除了有機組分酰胺基之外，還有無機金屬鋁元素，屬于新型 離子液體電解液。實踐中，結合恒電流電解法的應用，能夠收獲致密且相對平整 的鋁沉積層，而這種鋁沉積層的質量分數(shù)一般在99%以上。HSO型離子液體電解鋁在工業(yè)生產(chǎn)領域，使用

9、三氧化二鋁作為原料的情況極為常見，基于此，探究 能夠電解三氧化二鋁的離子液體具有極高的現(xiàn)實價值。就當前的研究情況來看， 得到的可以直接對三氧化二鋁展開電解的離子液體為HSO4-型離子液體。實踐中， 將HSO4-型離子液體加熱升溫至270C后，其依舊擁有較為穩(wěn)定的性質，且導電 率、黏度等參數(shù)均滿足電解質要求；配合鉑電極或者是銅電極的應用，可以在陰 極區(qū)域觀察到鋁的電沉積，且獲得的鋁沉積層致密且相對平整?？偨Y：綜上所述，離子液體作為溶劑擁有較為獨特的特征，將其作為電解液 投入電解鋁工藝中得到重點的研發(fā)與應用。目前，用于低溫電解鋁中的離子液體 電解質可以劃分為氯鋁酸型離子電解液以及非氯鋁酸型離子電解液這兩種，配合 合理電極的應用，能夠在低溫（室溫）條件下觀察到致