离子液体对钠/氯化金属电池的中温化研究文献综述

 2021-09-25 20:36:57

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1．前言

1.1绿色溶剂离子液体

传统的化学反应和分离过程由于使用大量易挥发的有机溶剂,对环境造成严重污染。所以一提到化学，人们马上想到化学反应过程可能会产生有毒物质或某些污染物。现在人们可以免去这种担心，化学家正在研究一种新的溶剂离子液体，从而从源头上解决化学反应过程可能出现的上述问题。

离子化合物在常温下都是固体是一个众所周知的常识。这是由于离子键是很强的化学键，而且没有方向性和饱和性，大量的阴、阳离子同时存在时，强大的离子键使它们彼此靠拢，尽可能地利用空间，形成具有平移对称性的固体，所有离子只能在原地振动或者加上角度有限的摆动，而不能移动。离子化合物一般具有较高的熔、沸点和硬度。知道了离子化合物在常温下为什么呈固态的原因，反其道而行，将带正电的阳离子和带负电的阴离子做得很大，而且其中之一结构极不对称，难以在微观空间做有效的紧密堆积，离子之间作用力也将减小，从而使这种化合物的熔点下降，就有可能得到常温下呈液态的离子化合物，这就是离子液体。

与典型的有机溶剂不一样，在离子液体里没有电中性的分子，100%是阴离子和阳离子，在负100摄氏度至200摄氏度之间均呈液体状态，具有良好的热稳定性和导电性，在很大程度上允许动力学控制；对大多数无机物、有机物和高分子材料来说，离子液体是一种优良的溶剂；表现出酸性及超强酸性质，使得它不仅可以作为溶剂使用，而且还可以作为某些反应的催化剂使用，这些催化活性的溶剂避免了额外的可能有毒的催化剂或可能产生大量废弃物的缺点；离子液体一般不会成为蒸汽，所以在化学实验过程中不会产生对大气造成污染的有害气体；价格相对便宜，多数离子液体对水具有稳定性，容易在水相中制备得到；离子液体还具有优良的可设计性,可以通过分子设计获得特殊功能的离子液体。总之，离子液体的无味、无恶臭、无污染、不易燃、易与产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点，是传统挥发性溶剂的理想替代品，它有效地避免了传统有机溶剂的使用所造成严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，为名副其实的、环境友好的绿色溶剂。适合于当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求。

1.2ZEBRA电池

钠/金属氯化物电池（Na/MCln，其中M为金属，n为金属的化合价）又被称作ZEBRA电池，是ZeroEmissionBatteryResearchActivity的缩写[1]，其意为零排放、无污染，对环境友好的绿色二次电池。根据其运行温度，目前研发的主要为高温ZEBRA电池和室温ZEBRA电池。

高温ZEBRA电池的研发适于上世纪70年代，目前主要研发和使用的高温ZEBRA电池为钠/氯化镍电池。其采用固态氯化镍（NiCl2）为正极；金属钠为负极；β-Al2O3陶瓷为固体电解质且兼具正、负极活性物质间的隔膜作用；此外，由于正极为多孔固体，所以在正极腔中填充NaAlCl4熔盐作为第二电解质，以完成Na 从正极到BASE表面的传递[2]。其运行温度为300℃左右，此时NaAlCl4和负极Na皆为熔融态。该电池表达式为（-）Na(l)/β-Al2O3(s)/NaAlCl4(l)/NiCl2(s),Ni(s)( )。该电池的整电池反应如公式1-1所示：

2NaCl Ni NiCl2 Na1-1

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