Name: Wyznaczanie właściwości termodynamicznych stopów metali ziem alkalicznych i ciekłych z wykorzystaniem techniki sił elektromotorycznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-03T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 2 s
Description: Poznaj technikę sił elektromotorycznych do pomiaru właściwości termodynamicznych stopów metali ziem alkalicznych i ciekłych. Ta metoda umożliwia precyzyjne określenie aktywności, entropii i entalpii molowych w układach binarnych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych, Biuro Programów Uniwersyteckich Energii Jądrowej (Nagroda No. DE-NE0008425); Stypendium dla absolwentów Zintegrowanego Programu Uniwersyteckiego (Stypendium Naukowe nr DE-NE0000113); oraz Ministerstwo Handlu, Przemysłu i Energii, Republika Korei, Program Efektywności Energetycznej i Zasobów Podstawowych Technologii Koreańskiego Instytutu Oceny i Planowania Technologii Energetycznych (KETEP) (nr 20142020104190). Publikacja tego artykułu została częściowo sfinansowana przez The Pennsylvania State University Libraries Open Access Publishing Fund.

1. Produkcja komponentów ogniw elektrochemicznych
<ol>
	<li>Wytwarzanie binarnego elektrolitu CaF2-AF 2
	<ol>
		<li>Obliczyć masę wymaganą dla każdego składnika elektrolitu dwuskładnikowego dla mieszaniny o masie 350,0 ± 5,0 g o stężeniu 97% mol% CaF2 i AFo stężeniu 3 mol% 2 (np. 333,4 g CaF2 i 16,6 g SrF2).</li>
		<li>Odmierz i wlej mieszaninę soli do plastikowej butelki o pojemności 1,5 l, wraz z około 1,3 kg stabilizowanego tlenkiem itru środka do mielenia tlenku cyrkonu (średnica 3 mm) i 25,0 ± 0,1 g alkoholu poliwinylowego (PVA, spoiwo organiczne). Następnie dodaj alkohol izopropylowy (IPA), aż butelka będzie wypełniona w 4/5. Zamknij butelkę i ręcznie potrząsaj jej zawartością przez około 1 minutę, aby równomiernie rozprowadzić składniki mieszanki.</li>
		<li>Umieść plastikową butelkę z mieszanką soli na młynie kulowym (dwurolkowym, długość 12.5"). Ustaw prędkość młyna kulowego na 250 obrotów na minutę (RPM) i miel przez 24 godziny.</li>
		<li>Przelej mieszaninę przez sito (10 oczek) na patelnię, aby oddzielić mielące media i mieszankę soli. Za pomocą wyciskanej butelki lekko przepłucz sito 10 ml IPA, aby uchwycić pozostałą mieszaninę.</li>
		<li>Zmieloną kulowo jednorodną mieszaninę suszyć w dygestorium przez ~24 godziny, a następnie zmielić mieszaninę na drobny proszek za pomocą moździerza i tłuczka. 
		UWAGA: Jeśli proces suszenia wymaga przyspieszenia, patelnię można umieścić na płycie grzejnej ustawionej na 373 K.</li>
		<li>Odmierz 130,0 ± 1,0 g elektrolitu w proszku i równomiernie załaduj proszek do matrycy do granulek (średnica 75 mm, wysokość 60 mm).</li>
		<li>Za pomocą prasy matrycowej jednoosiowo prasować proszek pod ciśnieniem 30 MPa przez 2 minuty, aby utworzyć zieloną granulkę o średnicy 75 mm i grubości 17 mm. Aby usunąć granulkę z matrycy do peletów, odwróć matrycę peletów, umieść pierścień ze stali nierdzewnej (średnica zewnętrzna 101 mm (OD), 35 mm wysokość, 4.8 mm grubości) wyśrodkowany na górze matrycy peletowej z granulką wyśrodkowaną w pierścieniu. Ostrożnie dociśnij stempel do matrycy z ciśnieniem ~1,0 bara, aby usunąć pelety z matrycy.</li>
		<li>Za pomocą małego wiertła (o średnicy 1 mm) wykonaj otwory do gwintowania (o głębokości ~0,5 mm) w zielonym granulku, jeden w środku i sześć równomiernie rozmieszczonych 25,4 mm między centrami wiertniczymi. Następnie za pomocą dużego wiertła (o średnicy 11,2 mm) ręcznie wywiercić siedem studzienek wyśrodkowanych na otworach do gwintowania, każdy o głębokości około 12 mm (około 3/4 drogi przez granulkę).</li>
		<li>Dla każdej z sześciu wymaganych nasadek elektrolitowych odmierz 4,5 ± 0,5 g elektrolitu w proszku i równomiernie załaduj proszek do matrycy do granulek (średnica 19 mm, wysokość 50 mm).</li>
		<li>Jednoosiowo wcisnąć elektrolit w proszku o ciśnieniu 7,5 MPa przez 1 minutę w zielony granulat o średnicy i grubości 19 mm × 10 mm. Aby usunąć granulkę z matrycy do peletów, odwróć matrycę do peletów, umieść pierścień ze stali nierdzewnej (37.5 mm OD, 30 mm wysokości, 3.5 mm grubości) wyśrodkowany na górze matrycy do peletów z granulką wyśrodkowaną w pierścieniu. Ostrożnie dociśnij stempel do matrycy z ciśnieniem ~1,0 bara, aby usunąć pelety z matrycy. Użyj małego wiertła (o średnicy 2 mm), aby ręcznie wywiercić środkowy otwór przez każdą nasadkę. 
		UWAGA: Zielone granulki od 1.1.8. oraz 1.1.10. są gotowe do spiekania w celu wytworzenia jednofazowego elektrolitu stałego w następujących krokach.</li>
		<li>Dla każdej dużej osadki elektrolitu i zestawu sześciu małych nasadek elektrolitu, lekko przykryj płytkę z tlenku glinu (o średnicy 10 cm, grubości 4,65 mm) gruboziarnistym proszkiem tlenku glinu, aby ułatwić oddzielenie spiekanego osadu od płytki z tlenku glinu. Umieść kawałki elektrolitu na wierzchu proszku tlenku glinu tak, aby się nie stykały.</li>
		<li>Umieść powyższy zespół z 1.1.11 w wysokotemperaturowym piecu skrzynkowym. Spiekanie elementów o następującym profilu grzewczym: 393 K przez 12 godzin w celu usunięcia wilgoci, 823 K przez 12 godzin w celu wypalenia PVA i 1 273 K przez 3 godziny w celu spiekania, wszystkie z szybkością nagrzewania 5 K/min. Następnie schłodzić do temperatury 298 K z prędkością 2,5 K/min.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytwarzanie elektrod ze stopów ziem alkalicznych
	<ol>
		<li>W komorze rękawicowej wypełnionej argonem odmierzyć masę dwóch składników stopu dwuskładnikowego o łącznej masie co najmniej 6,0 g (np. 5,6 g Bi i 0,4 g Ba dla stopu Ba-Bi przy ułamku molowym baru xBa = 0,10). Umieść na tacy i wyjmij ze schowka. 
		UWAGA: Metale reaktywne są przechowywane w oleju mineralnym, aby zapobiec utlenianiu. Aby usunąć olej mineralny, należy sonikować kawałki metalu ziem alkalicznych w acetonie przez 10 sekund.</li>
		<li>Umieść wszystkie metalowe elementy na środku stolika do topienia łuku i zabezpiecz stolik.</li>
		<li>Pociągnij podciśnienie w komorze na 3 minuty, aż do uzyskania podciśnienia około -1.0 bar (ciśnienie manometryczne), a następnie napełnij argonem do 0.0 bar (ciśnienie manometryczne). Powtórz tę procedurę co najmniej trzy razy, aby zapewnić obojętną atmosferę argonu podczas procesu topienia łukowego.</li>
		<li>Zamknij osłonę oczu na urządzeniu do topienia łuku i włącz prąd, aby wytworzyć stabilny łuk elektryczny między stolikiem a wolframową końcówką topielnika. Stopić metalowe kawałki w jeden jednorodny kawałek, wystawiając je na działanie łuku elektrycznego. Wystarczające topnienie można potwierdzić przez brak obserwowalnych oddzielnych faz w elemencie stopu. 
		UWAGA: Jeśli topione są pierwiastki wysoce reaktywne, używanie wysokiego prądu przez czas dłuższy niż ~5 s może spowodować odparowanie materiału i spowodować niespójności w składzie stopu.</li>
		<li>Po stopieniu kawałków w jeden stop wyłącz prąd i topielnik łukowy. Odkręć stolik od komory, odwróć stop i wkręć stolik z powrotem do komory topielnika łukowego. Powtórzyć 1.2.3 - 1.2.5 trzy razy, aby uzyskać jednorodny stop.</li>
		<li>Po ponownym stopieniu stopu należy ponownie odkręcić stolik od komory i rozbić lub pociąć stop na około 3 do 6 mniejszych kawałków. Umieść elementy na stoliku i przykręć stolik z powrotem do komory topielnika łukowego. Ponownie rozpuść kawałki w jeden kawałek zgodnie z krokami 1.2.3 - 1.2.5.</li>
		<li>Pozwól systemowi ostygnąć przez 3 - 5 minut. Odłącz stolik od systemu topielnika łukowego i przechowuj stop w plastikowej torbie. Umieść worek w obojętnej atmosferze argonu (np. w komorze rękawicowej) do czasu ostatecznego montażu ogniwa elektrochemicznego. 
		UWAGA: Do każdego eksperymentu wymagane będą dwa kawałki stopu elektrod referencyjnych i do czterech kawałków stopu elektrod roboczych o różnym składzie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie wolframowych przewodów elektrycznych i termopary
	<ol>
		<li>Wytnij 6 drutów wolframowych (średnica 1 mm) o długości 46 cm. Ręcznie przeszlifuj wzdłuż każdego drutu, aby usunąć zanieczyszczenia powierzchniowe, takie jak warstwa tlenku, za pomocą papieru ściernego o ziarnistości 100. Oczyść powierzchnię drutu za pomocą chusteczek zwilżonych acetonem.</li>
		<li>Włóż drut do rurki z tlenku glinu (średnica 6.35 mm, długość 30.5 cm), która zapobiegnie zwarciom elektrycznym między przewodami elektrycznymi a komorą testową ze stali nierdzewnej podczas pomiaru elektrochemicznego. Pozostaw około 12.7 cm na jednym końcu (na dole) jako goły drut do kontaktu z elektrodami i 2.5 cm na drugim końcu (na górze) na kontakt elektryczny z przewodami potencjostatu.</li>
		<li>Mieszaj około 3 g szybkoutwardzalnej żywicy epoksydowej i utwardzacza przez 1 minutę za pomocą końcówki aplikatora do drewna w sztyfcie.</li>
		<li>Mając drut w tubie, nałóż około 3 g żywicy epoksydowej na górny koniec tuby, aby ją uszczelnić. Ułóż rurkę i drut pionowo za pomocą stojaka laboratoryjnego i pozwól żywicy epoksydowej utwardzić się przez 15 minut. Powtórz te czynności dla każdego przewodu wolframowego (przewodu elektrycznego).</li>
		<li>Włóż dolny koniec termopary o długości 45 cm (typu K) do górnej części nowej rurki z tlenku glinu o długości 30.5 cm i uszczelnij szczelinę między termoparą a rurką z tlenku glinu za pomocą szybkoutwardzalnej żywicy epoksydowej podobnej do kroku 1.3.4, pozostawiając ~5 mm termopary odsłonięte u góry. Pozostaw żywicę epoksydową do utwardzenia przez 15 minut.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Montaż ogniwa elektrochemicznego
<ol>
	<li>Czyszczenie elementów zespołu ogniwa elektrochemicznego
	<ol>
		<li>Przed montażem ogniwa elektrochemicznego należy dokładnie przeszlifować wewnętrzną powierzchnię komory testowej ze stali nierdzewnej papierem ściernym o ziarnistości 100, aż nie będzie widocznych zanieczyszczeń na powierzchniach ze stali nierdzewnej. Wyczyść komorę testową, nasadkę komory i tygiel z tlenku glinu (średnica 8.2 cm, 3.0 cm wysokość) wodą dejonizowaną i spłucz IPA.</li>
		<li>Części armatury próżniowej i o-ringów należy poddać sonifikacji izopropanolem przez ~10 min i pozostawić do wyschnięcia w piecu suszącym w temperaturze ~373 K. Nałóż cienką warstwę smaru próżniowego na o-ringi, aby poprawić jakość próżni. Następnie przenieś wszystkie elementy zestawu elektrochemicznego do komory rękawicowej wypełnionej argonem w celu montażu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obciążenie zespołu ogniwa elektrochemicznego
	<ol>
		<li>Umieścić spiekany elektrolit (krok 1.1) w środku tygla z tlenku glinu znajdującego się w nośniku komory testowej.</li>
		<li>Załaduj wystarczającą ilość materiału elektrody do każdej studzienki, tak aby górna część materiału zlicowała się z powierzchnią elektrolitu. Wypełnić dwie studzienki materiałami elektrod odniesienia (np. Ba-Bi (xBa = 0,05)) o identycznym składzie. Następnie napełnij cztery studzienki roboczym materiałem elektrodowym, z których każda ma inny skład (<silna klasa="xfig">Rysunek 2). Na tym etapie należy uformować stopione łukowo materiały elektrod zbliżone do cylindrycznego kształtu studzienek elektrolitu i wywiercić środkowy otwór przelotowy (średnica 2 mm) do wprowadzenia przewodu elektrycznego za pomocą narzędzi do obróbki skrawaniem (np. minitokarki, wierteł itp.). 
		UWAGA: Zminimalizuj czas wystawiania próbek na działanie powietrza, aby złagodzić utlenianie. Na rozległe utlenianie wskazuje obecność na próbkach niebłyszczącej (matowej) warstwy powierzchniowej. Aby usunąć warstwę tlenku, przeszlifuj powierzchnię próbki (próbek) papierem ściernym o ziarnistości 100 i wyczyść suchą ściereczką.</li>
		<li>Przełóż zespół przewodów elektrycznych (drut wolframowy z rurką z tlenku glinu w 1.3) przez port złączki próżniowej nasadki komory, przegrody komory, otwór w nasadce elektrolitu oraz otwór w elektrodzie stopowej. Powtórz tę procedurę dla wszystkich sześciu elektrod. Następnie włóż termoparę przez ostatni port złączki próżniowej i do siódmej studzienki pośrodku. Mocno dotknij powierzchni elektrolitu stopem. Kompletny zestaw jest pokazany w Rysunek 2 i Rysunek 3. 
		UWAGA: Każdy drut wolframowy musi mocno dotykać powierzchni elektrolitu. Jeśli stop jest zbyt kruchy, aby można go było obrabiać, drut wolframowy można przytrzymać dociśnięty do stopu, dociskając drut do stopu i zabezpieczając jego umieszczenie poprzez dokręcenie złączki próżniowej na porcie złączki próżniowej.</li>
		<li>Umieść duży o-ring w rowku górnej części komory próżniowej ze stali nierdzewnej. Ostrożnie opuść zmontowane ogniwa elektrochemiczne do komory testowej. Mocno dokręć wszystkie elementy uszczelnienia próżniowego i zacisk komory testowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Usuwanie wilgoci i tlenu z zespołu ogniw elektrochemicznych w celu pomiaru pola elektromagnetycznego
	<ol>
		<li>Załaduj zmontowaną komorę testową do pieca tyglowego. Umieść dwie zachodzące na siebie warstwy izolacji z włókna szklanego wokół odsłoniętej powierzchni komory próżniowej, która nie znajduje się w piecu, aby zapewnić równomierny rozkład temperatury w ogniwie elektrochemicznym i zapobiec uszkodzeniu uszczelek epoksydowych w górnej części komory testowej.</li>
		<li>Podłącz przewody wody chłodzącej do otworów wlotowych i wylotowych rurki chłodzącej w komorze testowej (<silna klasa = "xfig" > Rysunek 3 i <silna klasa = "xfig" > Rysunek 4).</li>
		<li>Podłącz przewód próżniowy/argonowy do portu wlotowego komory testowej i zamknij zawór portu wylotowego. Opróżnij komorę testową, aż odczyt wakuometru spadnie poniżej 10 mtorr. 
		UWAGA: Jeśli poziom podciśnienia nie może osiągnąć mniej niż 10 mtorr, sprawdź elementy uszczelnienia komory testowej, w tym o-ringi, zaciski, złączki rurowe i uszczelki epoksydowe.</li>
		<li>W próżni czynnej (<10 mtorr) zwiększyć temperaturę pieca do 373 K przy szybkości nagrzewania 5 K/min i utrzymać przez 10 godzin; zwiększyć do 543 K przy tej samej szybkości ogrzewania i utrzymać przez 10 godzin. UWAGA: Procedura suszenia trwa około 20 godzin.</li>
		<li>Po zakończeniu powyższej procedury suszenia należy oczyścić komorę argonem o bardzo wysokiej czystości. Powtórz ewakuację (<10 mtorr) i przedmuchiwanie argonem (~1 atm) co najmniej trzy razy, aby zapewnić obojętną atmosferę do pracy w podwyższonych temperaturach.</li>
		<li>Po ostatnim przedmuchiwaniu argonem otwórz zarówno zawory wlotowe, jak i wylotowe komory testowej i wyreguluj przepływomierz, aby utrzymać ciągły przepływ argonu na poziomie 50,0 ml / min przy ciśnieniu w komorze atmosferycznej otoczenia (~ 1 atm).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Pomiary elektrochemiczne
<ol>
	<li>Nawiązanie kontaktu elektrycznego między zespołem ogniwa a potencjostatem
	<ol>
		<li>Podłączyć przeciwelektrody i elektrody odniesienia od potencjostatu, gdy piec osiągnie 543 K. 
		UWAGA: Każdy elektrody (np. elektroda odniesienia, elektroda przeciwprądowa, elektroda robocza, elektrod czujnikowych) ma wtyczkę na końcu, która umożliwia podłączenie elektryczne.</li>
		<li>Przymocuj zacisk krokodylkowy do końca elektrody referencyjnej od potencjostatu i przypnij go do przewodu elektrycznego elektrody odniesienia z zespołu ogniwa.</li>
		<li>Podłącz pięć działających elektrod, po jednym do każdego portu od 1 do 5, w skrzynce przełączników multipleksowania (MUX). Przymocuj zacisk krokodylkowy do każdego działającego elektrody i podłącz każdy zacisk krokodylkowy do przewodu elektrycznego dla każdej elektrody roboczej z zespołu ogniwa elektrochemicznego, umożliwiając sekwencyjne pomiary napięcia pozostałych pięciu elektrod względem elektrody odniesienia. 
		UWAGA: Jedna elektroda robocza powinna mieć taki sam skład jak elektroda odniesienia. Różnica napięcia między tymi dwiema identycznymi elektrodami powinna wynosić w przybliżeniu zero i powinna być monitorowana podczas całego pomiaru. Różnica napięcia mniejsza niż 2 - 3 mV wskazuje na stabilność i niezawodność systemu elektrod odniesienia w celu dokładnych pomiarów pola elektromagnetycznego.</li>
		<li>Podłącz jeden koniec uziemiającego do komory testowej ze stali nierdzewnej, a drugi koniec podłącz bezpośrednio do portu uziemienia gniazdka elektrycznego. 
		UWAGA: Ta procedura skutecznie tłumi szumy elektryczne pochodzące z elementów grzejnych pieca, ponieważ komora testowa ze stali nierdzewnej służy jako klatka Farada podczas pomiarów elektrochemicznych.</li>
		<li>Utwórz program za pomocą oprogramowania elektrochemicznego do sekwencyjnego pomiaru potencjału obwodu otwartego (OCP) dla każdej działającej elektrody za pomocą oprogramowania potencjostatu w trybie galwanostatycznym. 
		UWAGA: Niestandardowy program, dostępny na żądanie, mierzy i rejestruje OCP każdej elektrody roboczej, obracając się przez każdą elektrodę roboczą sekwencyjnie w czasie, przy czym każdy obrót trwa 15 minut. Program powinien obracać się przez zestaw elektrod roboczych, aby rejestrować pomiary OCP przy każdym przyrostu temperatury.</li>
		<li>Zwiększ temperaturę pieca z 543 K do 1 073 K przy 5,0 K/min, gdzie elektrolit staje się jonowo przewodzący do pomiarów EMF. 
		UWAGA: W temperaturze 1,073 K elektroda referencyjna powinna być całkowicie stopiona, aby zapewnić stabilny kontakt elektryczny z elektrolitem i przewodem elektrycznym w celu zwiększenia stabilności potencjałów elektrody odniesienia podczas pomiarów pola elektromagnetycznego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ustawianie profilu termicznego pieca dla cykli termicznych podczas pomiaru pola elektromagnetycznego 
	UWAGA: Zakres temperatur zależy od zachowania przemian fazowych kompozycji elektrod (np. temperatury topnienia), a także od reaktywności składu stopu. Typowy profil temperaturowy do badania układów stopów Ba-Bi i Sr-Bi, w zakresie od 723 do 1,073 K, podano poniżej.
	<ol>
		<li>Zaprogramuj sterownik pieca tak, aby obniżał temperaturę pieca z 1.073 K do 723 K i zwiększał ją z 723 K do 1.073 K w odstępach 25 K z prędkością narastania ± 5 K/min. Przy każdym kroku temperatury (co 25 K) utrzymuj temperaturę przez 1 - 2 godziny, aby komponenty osiągnęły równowagę termiczną i elektrochemiczną. 
		UWAGA: Równowaga termiczna zostaje osiągnięta, gdy temperatura ogniwa pozostaje stała w granicach ± 1 K w każdym kroku temperatury, zgodnie z danymi termopary wyświetlanymi przez powiązany system akwizycji danych (DAQ).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Gromadzenie danych dotyczących temperatury i pola elektromagnetycznego
	<ol>
		<li>Rejestrować temperaturę ogniwa elektrochemicznego podczas całego cyklu termicznego za pomocą systemu DAQ termopary; uwzględnić górną i dolną granicę temperatury programu pieca oraz typ termopary. Rozpocznij program pomiaru pola elektromagnetycznego w tym samym czasie, co rejestrację temperatury. 
		UWAGA: Pomiar OCP każdej elektrody roboczej jest mierzony w stosunku do elektrody odniesienia. Pomiar OCP między dwiema elektrodami odniesienia powinien być mniejszy niż 2-3 mV.</li>
		<li>Użyj temperatury ogniwa i pomiarów OCP każdej elektrody roboczej, aby określić wartości emf każdego stopu metalu ziem alkalicznych i ciekłych w funkcji temperatury. Wartości OCP w każdej temperaturze są wartościami emf między elektrodą roboczą a elektrodą odniesienia.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Ipser, H., Mikula, A., Katayama, I. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0364591610000386">Overview: The emf method as a source of experimental thermodynamic data.</a> CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 34 (3), 271-278 (2010).</li>
<li>Kim, H., Smith, N., Kumar, K., Lichtenstein, T. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468616321831">Electrochemical Separation of Barium into Liquid Bismuth by Controlling Deposition Potentials.</a> Electrochim. Acta. 220, 237-244 (2016).</li>
<li>National Research Council. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Electrometallurgical+Techniques+for+DOE+Spent+Fuel+Treatment%3A+Final+Report%22">Electrometallurgical Techniques for DOE Spent Fuel Treatment: Final Report</a>. , National Academy Press. Washington, D.C. (2000).</li>
<li>Simpson, M. F. <a target="_blank" href="https://www.hindawi.com/journals/stni/2013/945858/">Projected Salt Waste Production from a Commercial Pyroprocessing Facility.</a> Sci. Technol. Nucl. Install. 2013, 1-8 (2013).</li>
<li>Lichtenstein, T., Smith, N. D., Gesualdi, J., Kumar, K., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468616327013">Thermodynamic properties of Barium-Bismuth alloys determined by emf measurements.</a> Electrochim. Acta. 228, 628-635 (2017).</li>
<li>Kim, H., Boysen, D. A., Ouchi, T., Sadoway, D. R. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775313006502">Calcium-bismuth electrodes for large-scale energy storage (liquid metal batteries).</a> J. Power Sources. 241, 239-248 (2013).</li>
<li>Delcet, J., Delgado-Brune, A., Egan, J. J. <a target="_blank" href="https://scholar.google.com/scholar?cluster=11936657032995376385&hl=en&oi=scholarr">Coulometric Titrations Using CaF2 and BaF2 Solid Electrolytes to Study Alloy Phases.</a> Symp. Calc. Phase Diagrams Thermochemistry Alloy Phases. 275, Metallurgical Society of AIME Milwaukee. 275-287 (1979).</li>
<li>Roine, A. <a target="_blank" href="http://www.chemistry-software.com/pdf/HSC/full%20manual%20HSC%20Chemistry%205.pdf">Outokummpu HSC Chemistry 5.1. Chemical Reaction and Equilibrium Software with Extensive Thermochemical Database</a>. , (2002).</li>
<li>Smith, N. D., Lichtenstein, T., Gesualdi, J., Kumar, K., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001346861632597X">Thermodynamic Properties of Strontium-Bismuth Alloys Determined by Electromotive Force Measurements.</a> Electrochim. Acta. 225, 584-591 (2017).</li>
<li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001346861101694X">Thermodynamic properties of Calcium-Bismuth alloys determined by emf measurements.</a> Electrochim. Acta. 60, 154-162 (2012).</li>
<li>Okamoto, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOkamoto%2C+H+%22Ba-Bi+%28Barium-Bismuth%29%22">Ba-Bi (Barium-Bismuth)</a>. , 2nd ed, ASM International, Materials Park. (1990).</li>
<li>Lichtenstein, T., Gesualdi, J., Nigl, T. P., Yu, C. T., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468617315311">Thermodynamic Properties of Barium-Antimony Alloys Determined by Emf Measurements.</a> Electrochim. Acta. , (2017).</li>
<li>Wagner, C. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/115/9/933.short">Limitation of the Use of CaF2 in Galvanic Cells for Thermodynamic Measurements due to the Onset of Electronic Conduction under Reducing Conditions.</a> J. Electrochem. Soc. 115 (9), 933-935 (1968).</li>
</ol>

Autorzy nie mają do ujawnienia konfliktu interesów w odniesieniu do materiału zawartego w publikacji.

Ogniwo elektromagnetyczne w tej pracy wykorzystuje stały elektrolit na bazie CaF2 i materiały elektrodowe o ustalonym składzie, w porównaniu z ogniwem elektromagnetycznym, które wykorzystuje technikę miareczkowania kulometrycznego, w której skład elektrody jest zmieniany w stałej temperaturze. W przypadku miareczkowania kulometrycznego skład elektrody jest określany przez prawo Faradaya, przy założeniu doskonałej wydajności kulombowskiej. Jednak wysoce reaktywne metale ziem alkalicznych są umiarkowanie rozpuszczalne (np. Ba ~15% mol. rozpuszczalność w BaCl2) we własnych solach halogenkowych, co może sprzyjać przewodzeniu elektronowemu przez elektrolit i uniemożliwiać dokładną kontrolę składu elektrody podczas miareczkowania kulometrycznego 7,13. Ogniwo elektrochemiczne w tej pracy pracuje z materiałami elektrodowymi o ustalonym składzie, eliminując w ten sposób niepewność w rozliczaniu składu za pomocą miareczkowania kulometrycznego i umożliwia dokładne pomiary pól elektromagnetycznych stopów ziem alkalicznych. Co więcej, unikalne ogniwo elektrochemiczne w tej pracy mierzy wartości emf czterech kompozycji stopów jednocześnie w ramach tego samego eksperymentu, aby przyspieszyć ocenę właściwości termodynamicznych w szerokim zakresie składów i temperatur.
Ponieważ topielnik łukowy jest używany do wytwarzania stopów dwuskładnikowych, możliwe jest, że ostateczny skład stopów może odbiegać od składu początkowego ze względu na wysoką temperaturę łuku elektrycznego i wysoką prężność par metali. Aby dokładnie przedstawić zależność między emf a temperaturą między stopami binarnymi, ich skład potwierdzono za pomocą atomowej spektroskopii emisyjnej ze wzbudzeniem w plazmie indukcyjnie sprzężonej (ICP-AES), jak pokazano w tabeli 3 dla układu Ba-Sb12.
Przed wysuszeniem elementów ogniwa elektrochemicznego zgodnie z krokiem 2.3.4 mogą wystąpić trudności w uzyskaniu wysokiej jakości próżni (<10 mtorr). O-ring w konfiguracji komory próżniowej może nie być prawidłowo osadzony w rowku ze stali nierdzewnej. Może również występować szczelina w uszczelkach epoksydowych rur z tlenku glinu, na którą można nałożyć dodatkową żywicę epoksydową w celu zatkania ewentualnych nieszczelności. Podczas pomiarów pola elektromagnetycznego, jeśli przewody elektryczne stracą kontakt ze stopami AB i zaobserwuje się duże wahania wartości wartości emf, kontakt ze stopami można przywrócić poprzez delikatne przekręcenie rurki z tlenku glinu, zwilżając w ten sposób ciekły stop do ołowiu.
Czasami wartości emf mogą wykazywać dużą histerezę między cyklami chłodzenia i ogrzewania. Ogólnie rzecz biorąc, histereza wartości emf między cyklami chłodzenia/ogrzewania może wynikać z (1) degradacji elektrolitu z reaktywnymi kompozycjami elektrod, zwłaszcza przy wysokich stężeniach ziem alkalicznych; (2) degradacja materiałów elektrod spowodowana parowaniem w podwyższonych temperaturach i utlenianiem resztkowym tlenem wewnątrz komory badawczej; lub (3) nierównowagowe zachowanie materiałów elektrodowych, w tym efekty niedochłodzenia i tworzenie się faz metastabilnych podczas cyklu chłodzenia.
Gdy reakcja degradacji między elektrodą a elektrolitem jest oczywista, układ doświadczalny można zmodyfikować w celu złagodzenia degradacji ogniwa elektrochemicznego poprzez obniżenie maksymalnej temperatury roboczej. W przypadku efektów niedochłodzenia, wartości pola elektromagnetycznego uzyskane podczas cyklu ogrzewania mogą być wykorzystane do określenia właściwości termodynamicznych równowagi. Gdy tworzenie się faz metastabilnych powoduje histerezę w pomiarach pola elektromagnetycznego, zachowanie fazowe materiałów elektrodowych wymaga zbadania za pomocą technik uzupełniających, np. charakterystyki strukturalnej za pomocą XRD, analizy składników fazowych za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) ze spektroskopią dyspersyjną energii (EDS) oraz temperatur przemian fazowych za pomocą DSC. Dane dotyczące przemian fazowych mogą być również trudne do uzyskania przy użyciu opisanej techniki pomiaru pola elektromagnetycznego powyżej 1,223 K, ponieważ elektrolit CaF2-AF 2 może zacząć ulegać degradacji.
Technika pomiaru pola elektromagnetycznego w tej pracy może być wykorzystana do określenia empirycznych właściwości termodynamicznych binarnych stopów metali alkalicznych i ciekłych, w tym aktywności, częściowej entropii molowej, częściowej entalpii molowej i temperatur przemian fazowych. Te dane termodynamiczne są wykorzystywane jako podstawa eksperymentalna do udoskonalania binarnych diagramów fazowych stopów ziem alkalicznych za pomocą technik uzupełniających (XRD, DSC i SEM), jak pokazano na rysunku 85. Opierając się na wartościach aktywności każdego metalu ziem alkalicznych (A = Ca, Ba i Sr) w ciekłych metalach (B = Bi i Sb), siłę oddziaływań atomowych między pierwiastkami ziem alkalicznych a ciekłymi metalami można wykorzystać do elektrochemicznego oddzielenia produktów rozszczepienia ziem alkalicznych od stopionych roztworów soli.

Pomiary siły elektromotorycznej (sem) pozwalają na bezpośrednie wyznaczenie zmiany cząstkowej molowej energii swobodnej Gibbsa reakcji chemicznej oraz dostarczenie dokładnych właściwości termodynamicznych, takich jak aktywność, cząstkowa entalpia molowa i cząstkowa entropia molowa1. Pozyskiwanie danych termochemicznych jest kluczowe dla wielu tematów badawczych w dziedzinie materiałowej, od doprecyzowania wieloskładnikowych diagramów fazowych, przez eksperymentalną walidację modelowania materiałów z zasad pierwszych, aż po syntezę nowych związków intermetalicznych o korzystnych właściwościach. Niedawno Kim et al. wykorzystali pomiary sem do oceny możliwości zastosowania elektrod z ciekłego metalu do oddzielania pierwiastków ziem alkalicznych z elektrolitów z topionych soli2.
Rozdział elektrochemiczny z wykorzystaniem soli stopionych (np. LiCl-KCl) jest obiecującą technologią separacji uranu i metali transuranowych z zużytego paliwa jądrowego w celu jego recyklingu3. Podczas przetwarzania zużytego paliwa jako anody w soli stopionej, produkty rozszczepienia o niższych standardowych potencjałach redukcji niż uran ulegają utlenieniu i gromadzą się w soli stopionej w postaci rozpuszczonych jonów (np. Ba2+, Sr2+, Cs+ oraz kationów metali ziem rzadkich)4. W związku z tym elektrolit z soli stopionej musi być okresowo wymieniany i/lub poddawany dalszemu przetwarzaniu w celu oddzielenia nagromadzonych produktów rozszczepienia4. Szczególną uwagę poświęca się produktom rozszczepienia z grupy metali alkalicznych i alkaliczno-ziemnych (Ba2+, Sr2+ i Cs+), ponieważ jony te wykazują najniższe standardowe potencjały redukcji spośród wszystkich kationów składnikowych, co utrudnia ich oddzielenie z roztworu soli stopionej.
Jednakże Lichtenstein et al. wykazali niedawno, że bar wykazuje niską aktywność termodynamiczną w ciekłym bismucie (8,7 x 10-12 przy ułamku molowym baru xBa(in Bi = 0,05, 123 K), co wskazuje na silne oddziaływania atomowe między barem a bismutem5. Kim et al. zaobserwowali, że oddziaływania te spowodowały przesunięcie potencjałów osadzania jonów baru na elektrodzie z ciekłego bismutu (-3,74 V do -2,49 V względem Cl-/Cl2(g)), co prowadzi do preferencyjnego osadzania baru z roztworu elektrolitu (BaCl2-LiCl-CaCl2-NaCl, 16-29-35-20 mol%) w temperaturze 73 - 973 K6. To przesunięcie potencjału osadzania mogłoby zostać wykorzystane poprzez zastosowanie elektrod z ciekłych metali do selektywnego oddzielania produktów rozszczepienia metali alkalicznych i alkalicznoziemnych z elektrolitu stosowanego do elektrochemicznego przetwarzania zużytego paliwa jądrowego. Aby określić możliwość oddzielenia produktów rozszczepienia metali alkalicznych i alkalicznoziemnych z elektrolitu z topionej soli, należy wyznaczyć właściwości termodynamiczne tych pierwiastków w potencjalnych ciekłych metalach (np. Bi, Sb).
W poprzednich badaniach Delcet et al. wykorzystali miareczkowanie kulometryczne do wyznaczenia właściwości termodynamicznych stopów binarnych (np. Ba-Bi, Ba-Sb, Ba-Pb)7. Dla stopów Ba-Bi do xBa = 0,50 zastosowano miareczkowanie kulometryczne z użyciem elektrolitu z monokryształu BaF2 w temperaturze 1 123 K i zaobserwowano zbliżone wartości aktywności baru w bizmucie (2,4 x 10-12 przy xBa(in Bi) = 0,05, 1 123 K). Zgłoszono jednak, że wyniki były niedokładne ze względu na niepewność dotyczącą zawartości baru w stopach binarnych. Metal baru jest wysoce reaktywny i rozpuszczalny w swoich solach halogenkowych (~15 mol% w BaCl2 w 1 163 K), co w wyższych temperaturach może powodować wzrost przewodnictwa elektronowego w soli halogenkowej i prowadzić do błędów w bilansie składu podczas miareczkowania kulometrycznego. Aby wyznaczyć właściwości termodynamiczne (np. nadmiarową częściową molową energię swobodną Gibbsa, częściową molową entalpię, częściową molową entropię) stopów binarnych zawierających pierwiastki wysoce reaktywne, zastosowano metodę siły emf opisaną w niniejszym protokole.
Właściwości termochemiczne stopów binarnych można wyznaczyć poprzez pomiar równowagowego potencjału ogniwa Ekomórka (t. j., sił elektromotorycznej (sem) stopu (A-B) względem potencjału odniesienia czystego metalu A. Wówczas potencjał ogniwa jest bezpośrednio powiązany ze zmianą cząstkowej molowej energii swobodnej Gibbsa (lub potencjału chemicznego) reakcji ogniwa zgodnie z równaniem Nernsta (<img alt="Równanie równowagi statycznej ΔGA=-zFEcell; symbol do analizy procesów elektrochemicznych." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1">).
Do pomiarów siły elektromotorycznej (sem) stopów metali ziem alkalicznych w niniejszej pracy wykorzystano przewodzący jony fluorkowe CaF2 został wybrany jako elektrolit bazowy, ponieważ Ca2+potencjał redoks Ca (E0 = -5,59 V) jest bardziej ujemny niż inne potencjały redoks ziem alkalicznych (np., <img alt="Równanie potencjału redoks, \(E_{Ba/Ba^{2+}}^0=-5,52\text{V}\), badanie elektrochemiczne, schemat." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2">, <img alt="Równanie potencjału redoks, \(E_{Ba/Ba^{2+}}^0=-5,52V\), badanie elektrochemiczne, schemat." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2"> kontra F-/F2(g) w temperaturze 873 K) w układzie fluorkowym8Oznacza to, że CaF2 jest bardziej stabilny chemicznie niż pozostały fluorek metalu alkalicznego ziemnego AF2 (A = Sr lub Ba), a Ba2+ lub Sr2+ jony są gatunkami elektroaktywnymi w CaF2-BaF2 oraz CaF22-SrF2 elektrolit, odpowiednio. Wykorzystując wysoką stabilność CaF2, co minimalizuje reakcje uboczne ze stopami Ba lub Sr, a także przewodność jonową CaF2 w podwyższonych temperaturach jednofazowy układ binarny CaF2-AF2 elektrolitu z powodzeniem zastosowano do dokładnego pomiaru siły elektromotorycznej (emf) binarnych stopów metali alkaliczno-ziemnych i ciekłych metali. Potwierdzenie powstania jednofazowego elektrolitu binarnego uzyskano za pomocą analizy dyfrakcyjnej rentgenowskiej (XRD) w Rycina 19.
Aby zmierzyć potencjał ogniwa stopu metalu ziem alkalicznego, zastosowano następujący układ elektrochemiczny z wykorzystaniem stałego elektrolitu binarnego CaF2-AF2 (97 mol% CaF2, 3 mol% AF2)10:
<img alt="Zapis ogniwa elektrochemicznego, A(s)|CaF2-AF2|A(in B), schemat badania stanu równowagi." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 4">,
gdzie czysty metal ziem alkalicznych A (A = Ca, Sr lub Ba) pełni rolę elektrody odniesienia (RE), ciało stałe CaF2-AF2 jako elektrolitu, stopy A-B o stałym składzie jako elektrody robocze (WE), gdzie B jest kandydującym metalem ciekłym, takim jak Bi lub Sb. Reakcje półkomórkowe w ogniwie elektrochemicznym to: 
<img alt="Wzór reakcji redoks: A&lt;sup&gt;z+&lt;/sup&gt; + ze&lt;sup&gt;-&lt;/sup&gt; = A(w B), równanie chemiczne, elektrochemia." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 5"> 
<img alt="Równanie reakcji redoks, A^z+ + ze− = A(s), przedstawia proces redukcji, wzór chemiczny." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 6">
a całkowita reakcja ogniwa to: 
<img alt="Równanie równowagi statycznej, A(s) = A(w B), symbol dla badania koncepcji równowagi." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 7">
gdzie e- czy w reakcjach komórkowych dochodzi do wymiany elektronów i z liczba wymienionych elektronów (z = 2 dla pierwiastków ziem alkalicznych). Dla tej reakcji całkowitej zmiana cząstkowej molowej energii swobodnej Gibbsa metalu A, <img alt="symbol ΔG̅&lt;sub&gt;A&lt;/sub&gt;, pojęcie termodynamiczne, zmiana energii swobodnej, równanie chemiczne, odniesienie akademickie" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq8.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 8">wynosi: 
<img alt="Równanie termodynamiczne ΔG̅ₐ=G̅ₐ(in B)-G̅ₐ(s)⁰=RT ln(aₐ), powiązane z energią swobodną Gibbsa." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq9.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 9"> 
gdzie <img alt="notacja G_A(w B), koncepcja termodynamiczna, różnica potencjałów chemicznych, wzór naukowy" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq10.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 10"> częściową energią swobodną Gibbsa metalu A w metalu B, <img alt="Równanie równowagi statycznej ΣGA(s)=0; reprezentacja formuły; zastosowanie edukacyjne" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq11.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> jest standardową energią swobodną Gibbsa czystego metalu A, R jest uniwersalną stałą gazową, T temperatura jest podana w kelwinach, a aA aktywnością A w metalu B. Zmierzona siła elektromotoryczna (sem) ogniwa, Ekomórkajest bezpośrednio powiązany ze zmianą cząstkowej molowej energii swobodnej Gibbsa substancji A zgodnie z równaniem Nernsta, 
<img alt="Wzór elektrochemiczny, równanie Nernsta, potencjał chemiczny, Ecell, wyrażenie termodynamiczne." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq12.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 12"> 
gdzie F jest stałą Faradaya.

<table><tbody><tr><td>Butelka 1 L</td><td>US Plastic</td><td>69032</td><td>HDPE, szerokie usta</td></tr><tr><td>Aceton, 99,5%</td> <td>Alfa Aesar</td><td>30698</td><td>ACS Grade</td></tr><tr><td>Miska z tlenku glinu</td><td>AdValue Technology</td><td>AL-4120</td><td>81 mm OD, 30 mm wysokości</td></tr><tr><td>Płyta z tlenku glinu</td><td>AdValue Technology</td><td>AL-D-82-6</td><td>Średnica 10 cm, grubość 4,65 mm</td></tr><tr><td>Proszek z tlenku glinu</td><td>AluChem</td><td></td><td>AC99 tabelaryczna rura z tlenku glinu</td></tr><tr><td></td><td>Coorstek</td><td>66631-12.0000</td><td>0,25 cala. OD, 12 cali długość</td></tr><tr><td>Arc-Melter</td><td>Edmund Buhler GmbH</td><td>MAM1</td><td></td></tr><tr><td>Argon, 99,999%</td><td>Praxair</td><td>AR 5.0UH-K</td><td>Młyn</td></tr><tr><td>kulowy</td> o ultrawysokiej czystości <td>Norton Chemical Process Products Corporation</td><td>CF-70109</td><td>6 zestawów po 2 rolki 12,5 cala, RPM 1725/1425</td></tr><tr><td>Barium</td><td>Alfa Aesar</td><td>653</td><td>99,2% czystości Fluorek</td></tr><tr><td>baru</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>652458</td><td>Czystość 99,999%</td></tr><tr><td>Bizmut</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>556130</td><td>99,999% czystości</td></tr><tr><td>Azotek boru</td><td>Saint-Gobain</td><td>AX-05</td><td></td></tr><tr><td>Fluorek wapnia</td><td>Alfa Aesar</td><td>11055</td><td>Czystość 99,95%</td></tr><tr><td>Aplikator z bawełnianą końcówką</td><td>Dynarex</td><td>4301</td><td>100 sztuk, długość 3 cali</td></tr><tr><td>Prasa matrycowa</td><td>Carver, Inc.</td><td>3850</td><td>Siła zwarcia: 12 ton; Płyty: 6&nbsp; x 6 cali</td></tr><tr><td>Wiertło 29-częściowy zestaw</td><td>Chicago-Latrobe</td><td>45640</td><td>1/16 cala - 1/2 cala x 1/64 cala</td></tr><tr><td>Suszarka</td><td>Pyrex</td><td>5300114</td><td>15,5 cala x 9,5 cala x 2,25 cala</td></tr><tr><td>Papier ścierny</td><td>McMaster-Carr</td><td>4681A21&nbsp;</td><td>Ziarnistość: 100</td></tr><tr><td>Izolacja z włókna szklanego</td><td>McMaster-Carr</td><td>9346K38</td><td></td></tr><tr><td>Przepływomierz</td><td>Brooks</td><td>MR3A00SVVT</td><td>Zakres: 0,1 do 1 standardowych stóp sześciennych na godzinę (SCFH) powietrza</td></tr><tr><td>Bubbler gazowy</td><td>Ace Glass</td><td>8761-10</td><td></td></tr><tr><td>Wysokotemperaturowy piec skrzynkowy</td><td>Thermolyne</td><td>F48020-80</td><td>48000 Piec, program 8-segmentowy, Max. 1,200 &deg; C</td></tr><tr><td>Wysokotemperaturowy piec tyglowy</td><td>Mellen</td><td>CC12-6X12-1Z</td><td>6 cali. Identyfikator, 12 cali. głębokość. Maksymalna temperatura 1 200 & st. C. 208 V</td></tr><tr><td>Smar wysokopróżniowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z273554</td><td>Marka: Dow Corning</td></tr><tr><td>Obojętny atmopshere schowek rękawicowy</td><td>Mbraun</td><td>MB200</td><td></td></tr><tr><td>Alkohol izopropylowy</td><td>Macron Chemicals</td><td>3032-21</td><td>ACS Grade</td></tr><tr><td>Zestaw dużych matryc do peletów</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-Die-75D</td><td></td></tr><tr><td>Alkohol poliwinylowy, 99+%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>341584-5KG</td><td>Hydrolizowany, masa cząsteczkowa (MW): 89,000-98,000</td></tr><tr><td>Potencjostat</td><td>Autolab</td><td>PGSTAT302N</td><td></td></tr><tr><td>Skrzynka rozdzielcza multipleksowania potencjostatów</td><td>Autolab</td><td>MUX SCANNER16 F/16 X WE</td><td>Multiplekser (MUX) SCANNER16</td></tr><tr><td>Oprogramowanie sterujące potencjostatem</td><td>NOVA</td><td></td><td>NOVA 1.11</td></tr><tr><td>Precyzyjna mini tokarka</td><td>Narzędzia do transportu portowego</td><td>93212</td><td>Marka: Centralna Park maszynowy&nbsp;</td></tr><tr><td>Szybkoutwardzalna żywica epoksydowa</td><td>Grainger</td><td>5A462</td><td>Marka: Devcon</td></tr><tr><td>Agregat recyrkulacyjny</td><td>VWR International</td><td>13271-204</td><td>Model: 1175PD</td></tr><tr><td>Zestaw małych matryc do peletów</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-Die-18D-B</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>VWR International</td><td>97043-968</td><td></td></tr><tr><td>Butelka do wyciskania</td><td>VWR International</td><td>16650-022</td><td>LDPE, 500 ml</td></tr><tr><td>Sito siatkowe ze stali nierdzewnej</td><td>Amazon</td><td></td><td>10 oczek, otwory 2 mm</td></tr><tr><td>Stront</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>343730</td><td>99% czystości</td></tr><tr><td>Fluorek strontu</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>450030</td><td>99,99% czystości</td></tr><tr><td>Termopara</td><td>Omega</td><td>KMQXL-125U-18</td><td>Termopara typu K</td></tr><tr><td>Płyta zakupu termopar</td><td>National Instruments</td><td>NI-9211</td><td></td></tr><tr><td>Drut wolframowy</td><td>ThermoShield</td><td>88007-0,100</td><td>drut 99,95% Pompa</td></tr><tr><td>próżniowa</td><td>Pfeiffer</td><td>PK D56 707</td><td>Duo Line 1.6</td></tr><tr><td>Chusteczki</td><td>Dystrybutor Kimtech</td><td>S-8115</td><td>ULine</td></tr><tr><td>Przecinaki do drutu</td><td>McMaster-Carr</td><td>5372A4</td><td></td></tr><tr><td>Stabilizowane tlenkiem itru media do mielenia tlenku cyrkonu</td><td>Tosoh, USA</td><td></td><td>Średnica 3 mm</td></tr></tbody></table>

wyznaczanie właściwości termodynamicznych stopów metali ziem alkalicznych i ciekłych z wykorzystaniem techniki sił elektromotorycznych

Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique

Nowatorskie ogniwo elektrochemiczne oparte na elektrolicie w stanie stałym CaF2 zostało opracowane do pomiaru siły elektromotorycznej (emf) binarnych stopów metali alkalicznych i ciekłych jako funkcji zarówno składu, jak i temperatury, w celu uzyskania danych termodynamicznych. Ogniwo składa się z chemicznie stabilnego elektrolitu CaF2-AF 2 w stanie stałym (gdzie A jest pierwiastkiem ziem alkalicznych, takim jak Ca, Sr lub Ba), z dwuskładnikowym stopem A-B (gdzie B jest ciekłym metalem, takim jak Bi lub Sb) oraz elektrodą referencyjną z czystego metalu A. Dane dotyczące pola elektromagnetycznego są zbierane w zakresie temperatur od 723 K do 1,123 K w krokach co 25 K dla wielu kompozycji stopów na eksperyment, a wyniki są analizowane w celu uzyskania wartości aktywności, temperatur przemian fazowych i częściowych entropii/entalpii molowych dla każdego składu.

Rysunek 5 przedstawia pomiary siły elektromotorycznej (emf) wykonane podczas chłodzenia i ponownego ogrzewania ogniwa elektrochemicznego: Ba-Bi(xBa = 0,05)|CaF2-BaF2|Ba-Bi(xBa = 0,05, 0,10 i 0,20), w którym stop Ba-Bi o zawartości xBa = 0,05 służy jako elektroda odniesienia5.
Różnica potencjałów między dwoma identycznymi stopami Ba-Bi przy xBa = 0,05 pozostaje mniejsza niż 2 mV przez cały czas pomiaru, co wykazuje stabilność i niezawodność elektrody odniesienia. Dla składów stopów przy xBa = 0,10 i xBa = 0,20 uzyskano symetryczny profil siły elektromotorycznej (emf) podczas cykli grzania i chłodzenia, co wskazuje na powtarzalność wartości emf podczas cykli termicznych. W każdym kroku temperaturowym (w każdym interwale 25 K) temperatura ogniwa oraz wartość emf ogniwa osiągają stan stacjonarny termicznie i elektrochemicznie w czasie krótszym niż 1 - 2 h (Rycina 5)5.
Aby określić właściwości termodynamiczne stopów Ba-Bi względem stanu standardowego czystego Ba(s), wartości siły elektromotorycznej (sem) elektrody odniesienia ze stopu Ba-Bi (xBa = 0.05) muszą zostać skalibrowane względem czystego Ba. Wartości sem elektrody odniesienia względem czystego Ba wyznacza się przy użyciu oddzielnej celi elektrochemicznej: Ba(s)|CaF2-BaF2|Ba-Bi(xBa = 0.05), a wyniki przedstawiono na Rysunku 6. Wykorzystując dopasowanie liniowe tego pomiaru dla xBa = 0.05 (Rysunek 6), wyznacza się wartości sem stopów Ba-Bi (Ecell) względem czystego metalicznego Ba5.
Wartości emf stopów Ba-Bi względem czystego Ba(s) wykreślono w funkcji temperatury dla każdego składu elektrody, jak pokazano na Rysunek 7 dla wybranych stopów Ba-Bi (xBa = 0.05 - 0.25)5Na podstawie dopasowań liniowych danych siły elektromotorycznej (sem) wykreślonych w funkcji temperatury obliczono zmianę cząstkowej entropii molowej, stosując następujące równanie termodynamiczne: 
<img alt="Równanie termodynamiczne; entropia, energia swobodna Gibbsa, potencjał ogniwa; wzór dla elektrochemii." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq13.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 13"> 
a cząstkową entalpię molową baru w bismucie można obliczyć, korzystając z zależności termodynamicznych, takich jak równanie Gibbsa-Helmholtza, zgodnie z poniższym zapisem. Wyniki zestawiono w Tabela 15. 
<img alt="Diagram równania termodynamicznego, ΔH̅Ba z pochodnymi cząstkowymi, analiza elektrochemiczna." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq14.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 14">
Aktywność baru wyznaczono również z wykorzystaniem uzyskanych wartości emf oraz równania Nernsta: 
<img alt="Równanie równowagi elektrochemicznej, przedstawiające obliczanie potencjału ogniwa dla współczynnika aktywności." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq15.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 15"> 
Wyniki zestawiono w Tabela 25.
Wartości siły elektromotorycznej (emf) dla stopów Ba-Bi (xBa = 0,05 - 0,80) zostały również wykorzystane do wyznaczenia temperatur przejść fazowych dla każdego składu stopu. W połączeniu z danymi o przejściach fazowych uzyskanymi za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), danymi o składzie z określonej metodą spektroskopii emisyjnej z indukcyjnie sprzężoną plazmą (ICP-AES), podobnymi do tych przedstawionych w Tabeli 312, oraz danymi o strukturze krystalicznej z analizy XRD, dane emf posłużyły do doprecyzowania najnowszego diagramu fazowego Ba-Bi opisanego przez Okamoto (Rysunek 8)5,1.
<img alt="Wykres dyfrakcji rentgenowskiej; CaF2-SrF2 przed i po spiekaniu; porównanie intensywności pików, krystalografia." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rycina 1: Jednofazowy CaF22-SrF2 widma XRD elektrolitu. Widma XRD (znormalizowane do najintensywniejszego piku dla każdego widma) dla CaF22-SrF2 elektrolit przed i po spiekaniu. Czysty (*) CaF22 oraz SrF2 do porównania przedstawiono wzory dyfrakcyjne. Rysunek został zmodyfikowany na podstawie pracy Smitha i wsp.9 <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat eksperymentu z przewodnictwem cieplnym; stopy CaF2-AF2 z termoparami typu K i drucikami wolframowymi." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Ogniwo elektrochemiczne stopów metali alkalicznych i ziemnych z ciekłym metalem A-B. Schemat montażu ogniwa elektrochemicznego wykorzystywanego do pomiarów siły elektromotorycznej (emf) z elektrolitem, nakrętkami elektrolitu, materiałami elektrod, drucikami wolframowymi oraz termoparą (TC). Dwa z sześciu stopów A-B pełnią rolę elektrod odniesienia, a cztery są elektrodami roboczymi. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat komory próżniowej, konfiguracja termopary, proces elektrolityczny, badanie stopu, analiza naukowa." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Układ elektrochemiczny do pomiarów siły elektromotorycznej (sem). Ilustracja komponentów ogniwa elektrochemicznego oraz elementów towarzyszących niezbędnych do zapewnienia właściwych warunków pracy. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig3large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
<img alt="Schemat systemu ogniwa elektrochemicznego z pompą próżniową, chłodnicą recyrkulacyjną, przepływem argonu i bulgotownikiem gazowym." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4: Schemat aparatury układu eksperymentalnego. Schemat przepływu cieczy: wody chłodzącej (linia ciągła, pogrubiona), argonu (linia ciągła, cienka) oraz próżni (linia przerywana) w systemie pomiaru siły elektromotorycznej (emf). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres siły elektromotorycznej w funkcji czasu z danymi temperaturowymi, analizujący zmienne x&lt;sub&gt;Ba&lt;/sub&gt; w elektrochemii." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5: Pomiary siły elektromotorycznej (sem) stopów Ba-Bi (Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.Ba = 0.05 - 0.20). siła elektromotoryczna (E1) oraz temperatura mierzone jako funkcja czasu podczas chłodzenia i ponownego ogrzewania Ba-Bi(Proszę o podanie tekstu źródłowego do tłumaczenia.Ba = 0,05)|CaF2-BaF2|Ba-Bi(xBa = 0,05, 0,10 i 0,20) komórki. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie pracy Lichtensteina i wsp.5 <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig5large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres siły elektromotorycznej w funkcji temperatury, równanie regresji liniowej E=1,97×10⁻⁴T+1,01, R²=0,96." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 6"> 
Rysunek 6: Czyste Ba w porównaniu ze stopem Ba-Bi (xBa kalibracja wartości siły elektromotorycznej (emf) (p = 0,05). Siła elektromotoryczna (EII) zmierzone jako funkcja temperatury przy użyciu ogniwa Ba(s)|CaF2-BaF2|Ba-Bi(Tekst źródłowy nie został dostarczony. Proszę o przesłanie treści do tłumaczenia.Ba = 0,05) komórka. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie pracy Lichtensteina i inni5 <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig6large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres siły elektromotorycznej w funkcji temperatury; dane dla cieczy, cieczy + BaBi₃(s) oraz dla różnych zawartości xBa." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 7"> 
Rycina 7: Pomiary emf stopów Ba-Bi (xBa = 0.05 - 0.25). Siła elektromotoryczna (Ekomórka) jako funkcja temperatury dla stopów Ba-Bi przy Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia.Ba = 0,05, 0,10, 0,15, 0,20 i 0,25 w oparciu o Ba(s)|CaF2-BaF2|Ba-Bi(XBa = 0,05 – 0,25), gdzie linie ciągłe reprezentują dopasowania liniowe. Rysunek zmodyfikowano na podstawie pracy Lichtensteina i wsp.5 <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig7large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Termodynamiczny wykres fazowy, stop Bi-Ba, metody DSC i emf, temperatura w funkcji ułamka molowego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig8.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 8"> 
Rysunek 8: Wykres fazowy Ba-Bi. Doświadczalnie wyznaczony wykrzes wyfazowy układu Ba-Bi na podstawie pomiarów siły elektromotorycznej (sem) wraz z charakterystyką stopów Ba-Bi wykonaną metodami DSC i XRD, gdzie (rt) i (ht) oznaczają odpowiednio temperaturę pokojową i wysoką temperaturę. Rycina została zmodyfikowana na podstawie opracowania Lichtensteina. i wsp.5 <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig8large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Tekst źródłowy nie został dostarczony. Proszę o przesłanie tekstu do tłumaczenia. Ba</td>
			<td>T (K)</td>
			<td>∂Ekomórka/∂T (μV K‒1)</td>
			<td>∂(Ekomórka/T)/∂(1/T) (mV)</td>
			<td><img alt="ΔS̅_Ba symbol termodynamiczny, zmiana entropii, równanie chemiczne, badania, zastosowanie edukacyjne." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq16.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 16"> (J mol⁻¹)‒1 K‒1)</td>
			<td><img alt="równanie ΔH̅_Ba; proces termodynamiczny; zmiana entalpii; analiza chemiczna" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq17.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 17"> (kJ mol-1)‒1)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.05</td>
			<td>707-938</td>
			<td>197 ± 6</td>
			<td>1011 ± 5</td>
			<td>38</td>
			<td>-195.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.1</td>
			<td>704-1048</td>
			<td>137 ± 1</td>
			<td>1031 ± 1</td>
			<td>26.4</td>
			<td>-199</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.15</td>
			<td>728-1048</td>
			<td>125 ± 2</td>
			<td>1005 ± 2</td>
			<td>24.1</td>
			<td>-193.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.2</td>
			<td>809-1048</td>
			<td>94 ± 7</td>
			<td>984 ± 6</td>
			<td>18.1</td>
			<td>-189.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>881-1048</td>
			<td>73.4 ± 5</td>
			<td>961 ± 5</td>
			<td>14.2</td>
			<td>-185.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>704-881</td>
			<td>-480 ± 14</td>
			<td>1448 ± 13</td>
			<td>-92.6</td>
			<td>-279.4</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Właściwości termodynamiczne stopów Ba-Bi (xBa = 0.05 - 0.25). Zmiana cząstkowych entropii molowych (<img alt="ΔS̅_Ba symbol termodynamiczny, zmiana entropii, równanie chemiczne, badania, zastosowanie edukacyjne." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq16.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 16">) i częściowe entalpie molowe (<img alt="równanie ΔH̅_Ba; proces termodynamiczny; zmiana entalpii; analiza chemiczna" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq17.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 17">) dla składów stopów Ba-Bi Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia.Ba = 0,05 do Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia.Ba = 0,25 wyliczone z dopasowań liniowych wartości siły elektromotorycznej (sem), gdzie nachylenia i odcinki na osi rzędnych wynoszą <img alt="Pochodna cząstkowa potencjału ogniwa względem temperatury; równanie termodynamiczne; wzór chemiczny." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq18.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 18"> i <img alt="Równanie zmiany entropii, wzór termodynamiczny, pochodna cząstkowa, materiały edukacyjne." src="/files/ftp_upload/56718/56718eq19.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 19">odpowiednio. Tabela ta została zmodyfikowana na podstawie opracowania Lichtensteina i wsp..5
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td rowspan="2">Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. Ba</td>
			<td colspan="3">E (V)</td>
			<td colspan="3">ln a Ba</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>73 K</td>
			<td>873 K</td>
			<td>973 K</td>
			<td>73 K</td>
			<td>873 K</td>
			<td>973 K</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.05</td>
			<td>1.164</td>
			<td>1.183</td>
			<td>1.203</td>
			<td>-35</td>
			<td>-31.5</td>
			<td>-28.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.10</td>
			<td>1.137</td>
			<td>1.15</td>
			<td>1.164</td>
			<td>-34.1</td>
			<td>-30.6</td>
			<td>-27.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.15</td>
			<td>1.101</td>
			<td>1.114</td>
			<td>1.127</td>
			<td>-33</td>
			<td>-29.6</td>
			<td>-26.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.20</td>
			<td>1.075</td>
			<td>1.066</td>
			<td>1.076</td>
			<td>-32.2</td>
			<td>-28.3</td>
			<td>-25.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>1.075</td>
			<td>1.027</td>
			<td>1.032</td>
			<td>-32.2</td>
			<td>-27.3</td>
			<td>-24.6</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 2: Zmierzone wartości siły elektromotorycznej (E) oraz logarytm naturalny aktywności baru w bizmucie (ln aBa). Zmierzone wartości siły elektromotorycznej stopów Ba-Bi (xBa = 0,05 - 0,25) względem Ba(s) oraz logarytm naturalny aktywności baru w bizmucie w temperaturach 773 K, 873 K i 973 K. Tabela została zmodyfikowana na podstawie pracy Lichtenstein et al.5
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody >
		<tr >
			<td colspan="2">Ułamek molowy, x Ba</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Nominalny</td>
			<td >Zmierzony</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >0.03</td >
			<td >0.03</td >
		</tr>
		<tr >
			<td >0.05</td >
			<td >0.05</td >
		</tr>
		<tr >
			<td >0.10</td >
			<td >0.09</td >
		</tr>
		<tr >
			<td >0.15</td >
			<td >0.14</td >
		</tr>
		<tr >
			<td >0.20</td >
			<td >0.20</td >
		</tr>
		<tr >
			<td >0.25</td >
			<td >0.25</td >
		</tr>
		<tr >
			<td >0.30</td >
			<td >0.30</td >
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 3: Nominalna i zmierzona zawartość baru w stopach binarnych Ba-Sb. Nominalna i zmierzona zawartość baru w stopach binarnych Ba-Sb. Zawartość baru w stopach Ba-Sb została potwierdzona za pomocą spektroskopii emisyjnej z pomiarami indukowanej plazmą (ICP-AES). Tabela została zmodyfikowana na podstawie pracy Lichtenstein et al.12

Ten protokół opisuje pomiar siły elektromotorycznej pierwiastków ziem alkalicznych w stopach ciekłych metali w wysokich temperaturach (723-1,123 K) w celu określenia ich właściwości termodynamicznych, w tym aktywności, częściowej entropii molowej, częściowej entalpii molowej i temperatur przemian fazowych, w szerokim zakresie składu.

Wyznaczanie właściwości termodynamicznych stopów metali ziem alkalicznych i ciekłych z wykorzystaniem techniki sił elektromotorycznych

A novel electrochemical cell based on a CaF2 solid-state electrolyte has been developed to measure the electromotive force (emf) of binary alkaline ...

Ogólnym celem tej techniki jest pomiar właściwości termodynamicznych układów podwójnych metali, takich jak aktywność, częściowa entropia molowa i częściowa entalpie molowa. Ta wszechstronna metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie metalofilności dotyczące właściwości termodynamicznych stopów dwuskładnikowych. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala nam ona na dokładne badanie wielkości termodynamicznych dla binarnych układów stopowych, które często są trudne do zmierzenia, takie jak aktywność.Procedurę zademonstrują Nate Smith, Tim Lichtenstein i Jarrod Gesualdi, wszyscy studenci z mojego laboratorium. Najpierw przygotuj w 1,5-litrowej butelce 350-gramową mieszaninę 97-procentowego molowego fluorku wapnia i trzymolowego fluorku baru. Dodaj do tej mieszaniny 1,3 kilograma trzymilimetrowego stabilizowanego tlenkiem itru pożywki do mielenia tlenku cyrkonu i 25 gramów alkoholu poliwinylowego.Zawiesić mieszaninę w alkoholu izopropylowym w ilości wystarczającej do napełnienia 4/5 butelki. Następnie umieść butelkę na młynie kulowym i miel mieszaninę przez 24 godziny z prędkością 250 obr./min. Oddzielić mieszaninę elektrolitów od medium mielącego za pomocą sita o oczkach 10.Użyj wyciśniętej butelki z alkoholem izopropylowym, aby spłukać pozostałą mieszaninę soli z pożywki. Wysuszyć zmieloną mieszaninę elektrolitów w dygestoriach przez 24 godziny. Następnie za pomocą moździerza i tłuczka zmielić mieszaninę na drobny proszek.Następnie równomiernie załaduj 130 gramów elektrolitu w proszku do barwnika w postaci granulek o wymiarach 75 milimetrów na 60 milimetrów. Użyj prasy do farbowania, aby jednoosiowo nałożyć 30 mega paskali na proszek przez dwie minuty. Następnie odwróć barwnik w postaci granulek i umieść pierścień ze stali nierdzewnej na barwniku z granulką wyśrodkowaną wewnątrz pierścienia.Ostrożnie nałóż jedną kostkę na stempel barwnika, aby usunąć granulki elektrolitu z barwnika. Następnie użyj wiertła o długości jednego milimetra, aby wywiercić otwór do gwintowania o głębokości 0,5 milimetra w środku pelletu. Wywierć sześć równomiernie rozmieszczonych otworów do gwintowania wokół pierwszego, każdy z odległością od środka do środka 25.4 milimetra od pierwszego otworu.Wymień wiertło na wiertło 11.2 milimetra. Prowadzony przez otwory do gwintowania. Wywierć w pelety siedem studni o głębokości 12 milimetrów.Następnie umieść 4,5 grama drobno zmielonego elektrolitu w proszku w barwniku o wymiarach 19 milimetrów na 15 milimetrów. Użyj prasy do barwników, aby jednoosiowo nałożyć 7,5 megapaskali na proszek przez jedną minutę, aby utworzyć czapeczkę elektrolitową.Przygotuj w ten sposób w sumie sześć czapek. Użyj wiertła o średnicy dwóch milimetrów, aby wywiercić otwór przez środek każdej nasadki. Następnie lekko przykryj 10-centymetrową płytkę z tlenku glinu proszkiem z tlenku glinu corse.Umieść każdy kawałek elektrolitu na płytce, upewniając się, że się nie stykają. I wyśrodkuj kawałki. Umieść w sumie sześć gramów baru i bizmutu w pożądanym stosunku molowym w środku etapu topienia łukowego.Ewakuować się i ponownie napełnić komorę argonem co najmniej trzy razy. Następnie zamknij osłonę oczu i włącz prąd topielnika łukowego, aby stopić kawałki razem. Wyłącz prąd i topielnik łukowy oraz wyjmij stolik na próbkę.Odwróć stop i zabezpiecz stolik w komorze topielnika łukowego. Powtórz procedurę topienia łukowego jeszcze dwukrotnie, aby uzyskać jednorodny stop. Kluczem do prawidłowego topienia łukowego jest utrzymanie prądu na tyle niskim, aby stopić metale razem bez ich znacznego odparowania.I aby zapewnić jednorodność metalu poprzez jego kilkukrotne ponowne stopienie. Pokrój ponownie stopiony stop na trzy do sześciu kawałków i rozpuść je razem. Przechowuj stop w obojętnej atmosferze argonu.Powtórz ten proces dla każdego badanego składu stopu. Następnie wytnij sześć 46-centymetrowych odcinków jednomilimetrowego drutu wolframowego. Przeszlifuj i oczyść powierzchnię drutu papierem ściernym o ziarnistości 100 i acetonem.Włóż przewody do sześciu rurek z tlenku glinu. Umieść przewody tak, aby 12.7 cm było odsłonięte na dole każdej rurki i 2.5 cm na górze. Zamocuj druty na miejscu za pomocą szybkoutwardzalnej żywicy epoksydowej.Zamocuj 45-centymetrową termoparę typu K w innej rurce z tlenku glinu. Przenieś elementy zespołu ogniwa elektrochemicznego do komory rękawicowej wypełnionej argonem. Użyj mini tokarki, aby ukształtować stop tak, aby pasował do otworów w granulkach elektrolitu.Wywierć otwór o szerokości dwóch milimetrów w środku każdego stopu. Następnie umieść wyśrodkowaną osadkę elektrolitu w czystym tyglu z tlenku glinu w komorze testowej. Wypełnić dwie z zewnętrznych studzienek referencyjnym stopem baru i bizmutu o znanym stosunku molowym.Wypełnij pozostałe studzienki zewnętrzne czterema stopami baru i bizmutu o różnych proporcjach molowych. Umieść nakrętki elektrolitu na każdej napełnionej studzience. Następnie włóż zespół przewodów elektrycznych z drutu wolframowego przez jeden zewnętrzny port próżniowy pokrywy komory i przegrody komory.Z odsłoniętym drutem o długości 12,7 centymetra skierowanym w dół. Przeciągnij drut przez jedną nasadkę elektrolitu i stop. Upewnij się, że końcówka drutu jest mocno dociśnięta do dna elektrolitu studni.W ten sposób dopasuj przewody elektryczne do pozostałych pięciu studni zewnętrznych. Podczas montażu ogniwa elektrochemicznego konieczne jest, aby elektrody wypełniały studzienki w elektrolicie i aby przewody wolframowe stykały się z elektrodami. Problemy z kontaktem są najczęstszą przyczyną niepowodzeń.Włóż termoparę do środkowego portu podciśnienia i umieść ją w środkowej studzience. Umieść o-ring w rowku komory próżniowej ze stali nierdzewnej. Ostrożnie załaduj zespół ogniwa elektrochemicznego do komory testowej.Dokręcić uszczelki próżniowe i zaciski. Następnie załaduj zmontowaną komorę do pieca tyglowego. Owiń odsłoniętą powierzchnię komory próżniowej na zewnątrz pieca dwiema warstwami izolacji z włókna szklanego.Podłącz przewody chłodziwa, przewód podciśnieniowy i przewód argonowy do komory testowej. Zamknij port wylotowy gazu i opróżnij komorę testową do temperatury poniżej 10 militorów. Wysuszyć komorę w próżni dynamicznej.Następnie oczyść komorę co najmniej trzy razy. Rozpocznij przepływ argonu przez komorę z prędkością 50 mililitrów na minutę przy jednej atmosferze ciśnienia w komorze. Podłącz elektrody licznika i elektrody odniesienia z zespołu ogniw do potencjostatu.Podłącz elektrody robocze do skrzynki rozdzielczej z multipleksowaniem. Podłącz uziemiający do komory testowej ze stali nierdzewnej, a drugi koniec podłącz do uziemionego gniazdka. Jednocześnie rozpocznij zbieranie danych o temperaturze i sile elektromotorycznej.Następnie rozgrzej piec z 543 kelwinów do 1 073 kelwinów z prędkością pięciu kelwinów na minutę. Zaprogramuj piec tak, aby przełączał się od 1 073 kelwinów do 723 kelwinów przy pięciu kelwinach na minutę, utrzymując przez jedną do dwóch godzin co 25 kelwinów. Wykorzystaj pomiary zarejestrowane podczas tego cyklu, aby określić wartości siły elektromotorycznej każdego stopu w funkcji temperatury.Jako elektrodę odniesienia do pomiarów elektromotorycznych innych stopów baru i bizmutu zastosowano stop baru i bizmutu o ułamku molowym 0,05. Różnica potencjałów między identycznymi stopami o ułamku molowym 0,05 wynosiła mniej niż dwa miliwolty podczas całego pomiaru, co wskazuje, że stop był wiarygodnym punktem odniesienia. Symetryczne profile sił elektromotorycznych zaobserwowano dla stopów o frakcjach molowych baru 0,10 i 0,20, co wskazuje, że powtarzalne wartości sił elektromotorycznych uzyskano podczas cykli termicznych.Elektroda referencyjna została skalibrowana w odniesieniu do czystego baru. Następnie oceniono wartości siły elektromotorycznej stopów z frakcjami molowymi baru w zakresie od 0,05 do 0,25 w odniesieniu do czystego baru. Liniowe piąte części danych wykorzystano do obliczenia zmian częściowej entropii molowej i entalpii.Aktywność baru obliczono również na podstawie wartości siły elektromotorycznej. Pomiary siły elektromotorycznej połączono ze skaningową kalorymetrią różnicową, atomową spektroskopią emisyjną w plazmie sprzężonej indukcyjnie i danymi dyfrakcji rentgenowskiej, aby określić temperatury przemian fazowych dla każdego składu stopu. Wykorzystano to do udoskonalenia schematu fazowego stopu baru i bizmutu.Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu trzech dni, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Próbując wykonać tę procedurę, pamiętaj, aby zachować ostrożność i cierpliwość w konfiguracji i wykonaniu wszystkich kroków. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wykonać technikę pomiaru siły elektromotorycznej.Badanie właściwości termodynamicznych układów dwuskładnikowych stopów.

determination-thermodynamic-properties-alkaline-earth-liquid-metal

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Prędkość ultradźwiękowa jest używana do badania mieszania przez przepływ płynu w elektrodach z ciekłego metalu. Celem tego manuskryptu jest zilustrowanie metod stosowanych do wykonywania precyzyjnych, przestrzennie rozdzielczych pomiarów ultradźwiękowych przy jednoczesnym ograniczaniu utleniania oraz kontrolowaniu i monitorowaniu temperatury, przyłożonego prądu i mocy dostarczanej grzałki.

Ultradźwiękowy pomiar prędkości w elektrodzie z ciekłego metalu

Przedstawiamy procedurę określania podziału pierwiastków syderofilnych na metalowo-krzemianowe, kładąc nacisk na techniki hamujące powstawanie inkluzji metali w eksperymentach dla metali szlachetnych. Wyniki tych eksperymentów są wykorzystywane do wykazania wpływu tworzenia się jądra na wysoce syderofilny skład pierwiastkowy płaszcza.

Podział metalowo-krzemianowy pod wysokim ciśnieniem i temperaturą: metody eksperymentalne i protokół tłumienia wtrąceń pierwiastków wysoce syderofilnych

Prezentujemy metodę kontrolowania energii międzyfazowej ciekłego metalu w elektrolicie poprzez elektrochemiczne osadzanie (lub usuwanie) powierzchniowej warstwy tlenku. Ta prosta metoda może kontrolować zachowanie kapilarne ciekłych metali na bazie galu poprzez szybkie, znaczące i odwracalne dostrajanie energii międzyfazowej przy użyciu skromnych napięć.

Metoda manipulowania napięciem powierzchniowym ciekłego metalu poprzez utlenianie i redukcję powierzchni

Przedstawiono eksperymentalne metody badania procesów chłodzenia ciała stałego oraz charakterystyki właściwości materiałów elastokalorycznych stopów z pamięcią kształtu (SMA). Specjalnie skonstruowane stanowisko testowe zostało zaprojektowane do sterowania i kompleksowego monitorowania procesów chłodzenia elastokalorycznego. Ponadto stanowi platformę walidacyjną dla podejść do modelowania sprzężonego z termomechaniką.

Eksperymentalne metody badania procesów chłodzenia elastokalorycznego opartych na pamięci kształtu i walidacji modeli

Tutaj opisujemy protokoły przygotowania elektrolitów z soli jonowej bis(trifluorometanu)sulfonimidu litu na bazie fosfonu i soli bis(trifluorometanu)sulfonimidu, oraz montażu niepalnej i działającej w wysokiej temperaturze baterii litowo-jonowej.

Synteza elektrolitów na bazie cieczy jonowych, montaż akumulatorów litowo-jonowych i pomiary wydajności w wysokiej temperaturze

Izolowanie elektrycznych i termicznych efektów na elektrycznie wspomagane deformacje (EAD) jest bardzo trudne przy użyciu makroskopowych próbek. Opracowano mikro- i nanostruktury próbek metalicznych wraz z niestandardową procedurą testową w celu oceny wpływu przyłożonego prądu na powstawanie bez ogrzewania dżuli i ewolucję dyslokacji na tych próbkach.

Nowatorska metoda elektromechanicznej charakterystyki próbek w nanoskali in situ

Ta praca ma na celu określenie kinetyki reakcji katody i anody baterii litowo-jonowej ulegających niekontrolowanemu wzrostowi termicznemu (TR). Jednoczesna analiza termiczna (STA)/spektrometr FTIR z transformacją Fouriera/spektrometria mas chromatografii gazowej (GC-MS) zostały wykorzystane do ujawnienia zdarzeń termicznych i wykrycia wydzielanych gazów.

identyfikacja i kwantyfikacja mechanizmów rozkładu w akumulatorach litowo-jonowych; Dane wejściowe do symulacji przepływu ciepła w celu modelowania niekontrolowanej temperatury

Mikroskopia siły sondy Kelvina (KPFM) mierzy topografię powierzchni i różnice w potencjale powierzchni, podczas gdy skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) i związane z nią spektroskopie mogą wyjaśnić morfologię powierzchni, skład, krystaliczność i orientację krystalograficzną. W związku z tym kolokalizacja SEM z KPFM może zapewnić wgląd w wpływ składu i struktury powierzchni w nanoskali na korozję.

Koloktuacja mikroskopii sił sondy Kelvina z innymi mikroskopami i spektroskopiami: wybrane zastosowania w charakterystyce korozji stopów

Badania magnetyczne ex situ mogą bezpośrednio dostarczyć dużych i lokalnych informacji na elektrodzie magnetycznej, aby krok po kroku ujawnić mechanizm magazynowania ładunku. W tym artykule wykazano elektronowy rezonans spinowy (ESR) i podatność magnetyczną w celu monitorowania oceny gatunków paramagnetycznych i ich stężenia w redoks-aktywnym szkielecie metaloorganicznym (MOF).

Charakterystyka magnetometryczna produktów pośrednich w elektrochemii ciała stałego redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych

Tutaj opisujemy przebieg pracy za pomocą laserowej mikroskopii skaningowej do określenia objętości elektromigracji przez testowaną metalową linię. Zmieniając różne zmienne eksperymentalne, można uzyskać wiele informacji na temat elektromigracji. W niniejszej pracy określono długość początku elektromigracji.

Wykorzystanie laserowej mikroskopii skaningowej do określenia elektromigracji w dwukrzemku molibdenu

Poznaj technikę sił elektromotorycznych do pomiaru właściwości termodynamicznych stopów metali ziem alkalicznych i ciekłych. Ta metoda umożliwia precyzyjne określenie aktywności, entropii i entalpii molowych w układach binarnych.

Wyznaczanie właściwości termodynamicznych stopów metali ziem alkalicznych i ciekłych z wykorzystaniem techniki sił elektromotorycznych (Wideo) | JoVE Journal

Wyznaczanie właściwości termodynamicznych stopów metali ziem alkalicznych i ciekłych z wykorzystaniem techniki sił elektromotorycznych

Przeglądaj więcej filmów