РАЗДЕЛ 2. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Изготовление катодов
2.1.1. Обработка природного пирита.
2.1.1.1. Измельчение пирита.
Природный пирит измельчают в щековой дробилке, затем в шаровой мельнице. Измельченный пирит рассеивают по фракциям.
2.1.1.2. Очистка пирита.
В ванну с бортовым отсосом поместить 2 кг пирита необходимой фракции и добавить 1 кг серной кислоты d=1,032 г/см3. Перемешивать мешалкой пирит с серной кислотой в течение 2 часов при температуре + 20? С. Слить серную кислоту в специальную емкость для сбора кислоты. Залить пирит водой и производить промывание с помощью перемешивание до нейтральной среды по индикаторной бумаге. Промытый от кислоты пирит поместить в ванну для выщелачивания. Раствор для выщелачивания состоит из NaOH d=1,04 г/см3 и спирта в соотношении 1:1. Кипячение производить при температуре 82±5?С в течение 2 часов. С помощью улавливателя и холодильника конденсированные пары спирта возвращаются в раствор выщелачивания. После выщелачивания пирит промывают. Промывку производить до нейтральной среды. Промытый от щелочи пирит помещают на нутч-фильтр и отжимают воду вакуумным насосом. Залить пирит спиртом или ацетоном и отжать спирт (ацетон) насосом, выгрузить пирит на поддон и сушить в сушильном шкафу под вытяжкой при температуре 50 - 60? С в течение 2 часов. Хранить очищенный пирит в эксикаторах с силикагелем индикаторным. Очищенный пирит имеет серый цвет с металлическим блеском. Содержание влаги в пирите не более 0,10%.
Содержание влаги в пирите проводится согласно ТУ 76-44164-01-90. 10 г пиритового концентрата взвешивают с погрешностью не более 0,0002г; помещают в доведенный до постоянной массы стаканчик для взвешивания и сушат в сушильном шкафу при температуре (105?2)? С в течение 2 ч. Стаканчик охлаждают в эксикаторе, содержащем сухой хлористый кальций, до комнатной температуры и взвешивают.
Взвешивание пиритного концентрата далее повторяют через каждый час до постоянной массы.
Содержание влаги (W) в процентах вычисляют по формуле
W =
где m - масса пиритного концентрата со стаканчиком до сушки, г;
m1 - масса пиритного концентрата со стаканчиком после сушки, г;
m2 - масса пустого стаканчика, г.
Вычисление производят с точностью до второго десятичного знака. За результат принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должно превышать 0,01%.
2.1.2. Синтез FeS2.
Синтезированный дисульфид железа изготовлен по уникальной технологии US Nanocorp., USA. Синтез ведется из железосодержащего водного раствора при рН 6-13. Конечным продуктом реакции является суспензия, содержащая сульфид железа FeS. После этого вводится некоторое количество серы в виде ионов S2-. При подогреве и постоянном перемешивании образуется 10 г дисульфида железа с размером частиц 30-40 нм.
2.1.3. Приготовление положительного электродного материала.
В работе изучалось электрохимическое поведение композиционных пористых катодов. В качестве активного катодного вещества использовали природный пирит и наноструктурированный синтезированный дисульфид железа.
Отвешивали смешиваемые компоненты: графит, сажу, пирит, фторопластовую эмульсию в необходимом массовом соотношении. Пирит, сажу и графит тщательно перемешивали в керамической ступке.
В предварительно взвешенную суспензию фторопластового связующего Ф-4Д добавляли смесь этилового спирта (96%) и дистиллированной воды, взятых в соотношении 2:1 в количестве, составляющем 1/3 от количества катодной массы.
Сухую массу и полученный состав связующего тщательно смешивали и сушили при температуре 60?С не менее 3 часов. Приготовленная таким образом катодная масса готова к применению.
По аналогичной методике были приготовлены катодные массы на основе наноструктурированного пирита.
Катодную массу смачивают гептаном. При помощи шпателя наносят на предварительно приваренную ко дну корпуса 2325 и обезжиренную сетку-токоподвод из нержавеющей стали. Предварительная сушка происходит при температуре 60?С в течение 1 часа. Для оплавления связующего, катоды помещают в вакуум шкаф на 2,5 - 3,0 часа при температуре 250? С.
2.2. Приготовление литиевого анода
Технологический процесс изготовления литиевого анода проводился в сухой атмосфере герметичных боксов.
Заготовка лития зачищалась до блестящего металлического цвета. Вытяжка литиевой полосы осуществляется на механических вальцах. Выходящая полоса должна быть серого цвета с металлическим блеском без темных пятен, раковин и посторонних включений. Прокатку производилась через полиэтиленовую пленку.
Из прокатанной до нужной толщины полосы вырубались заготовки литиевых анодов. Вырубленные литиевые аноды запрессовывались в крышки и отправлялись на сборку элементов.
Определение необходимой толщины литиевого электрода ведется по следующей методике:
?Li = 2,5 - ?корп. - ?кат. - ?эл-та - ?кр.
где 2.5 - высота дискового элемента типоразмера 2325;
?Li - толщина литиевого электрода, мм;
?корп. - толщина корпуса элемента, в большинстве случаев равна толщине крышки Sкр. и колеблется в пределах от 0,25 до 0,3 мм;
?кат. - толщина катода, мм;
?эл-та - толщина слоя электролита.
Если электролит жидкий, то
?эл-та = n x Sсеп-ра
где n - количество сепараторов;
?сеп-ра - толщина 1-го слоя сепаратора.
2.3. Приготовление электролитов
2.3.1. Жидкий неводный электролит.
В работе использовался стандартный жидкий неводный электролит состава 1M LiClO4 в смеси растворителей ПК:ДМЭ (70:30) (промышленное название ЭПИЭЛ-1), изготовленном на малом предприятии "Заряд", г.Киев (ТУ6-01-4689387-73-92).
2.3.2. Полимерный неводный электролит.
Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) получали в лабораторных условиях методом гетерогенного хлорирования промышле