氟化物熔盐的制备及其应用进展(9)

2.3.3 熔盐电解制备含氟特种气体

含氟特种气体普遍用于电子、新材料、航空航天等领域。由于HF的电导率不高，氟气常采用电解 KF-HF熔盐体系来制备[4,5]。日本的八尾章史等[175]发明了一种氟气生成装置，也是通过将熔盐中电解 HF，从而生成氟气，该装置能够在紧急状态时安全地停止，且能够迅速地再启动。杜森林等[176]采用电流-电压（I-V）曲线法，研究了KF-HF熔盐电解制备 F2气时阳极溶解 Mg对碳阳极极化的影响，结果表明，Mg添加剂具有抑制和消除阳极效应的作用。基于熔盐电解制备F2的原理，工业上还用碳电极在100～130℃的条件下，对NH4F-HF 等复合电解质进行电解制取NF3；以及在HF和强导电性溶质（如NaF）存在下电解硫化氢、二硫化碳、氯化硫等无机共价硫化物，制得 SF6等含氟特种气体[177]。

2.3.4 含氟熔盐作为熔盐电池电解质

熔盐电池（热电池）是以熔融盐为电解质，利用自动激活机构点燃热源使电解质熔化而激活的一次储备电池，具有能量密度高、防高温、防冲击的特性。目前，熔盐电池已被广泛应用于高技术武器的点火装置中。MASSET等[178]在Li-Si/FeS2熔盐电池中，对LiF-LiCl-LiI和LiF-LiBr-KBr两种熔盐体系的电化学性能进行了比较，LiF-LiCl-LiI熔盐的熔点低且具有更高的离子电导率，在低温400～450℃范围内具有更优越的使用性能。FUJIWARA等[179]为了更有效地开发新型多组分熔盐系统，发展了一种计算相图和热力学方法（CALPHAD），用于估算熔盐离子导电性和熔点。结果表明，（X=Cl和 Br）和 （X=F、Cl和Br）四元体系能满足熔盐电池电解质的高离子电导率和低熔点目标。BRISCOE等[180]则发明了一种Li-Al作阳极、过渡金属氟化物作阴极的氟化物熔盐电池，优选的熔盐电解质包括LiF-KF、LiF-KF-NaF、LiF-RbF、LiF-KF-RbF、LiFNaF-RbF和LiF-KF-RbF等。随着熔盐电池研究的不断深入和发展，必将在更多领域得到更为广泛的应用。

2.3.5 含氟熔盐作为太阳能发电储热介质

氟化物熔盐在核能等方面的研究与成功应用为其在太阳能高温热发电系统中的应用奠定了坚实基础。如采用氟化物熔盐作为蓄热、传热介质应用于太阳能热发电系统，可以将熔盐冷却剂的峰值温度从大约565℃提高到700～850℃。增加冷却剂的峰值温度和使用高温布雷顿动力循环可以提高太阳能热发电热能转换电能的效率，相当于减少20%～30%投资费用[10,181]。另外，北京航空航天大学的邢玉明等[182]将氟化物熔盐（）用于空间站热动力发电系统蓄热器的高温相变材料，在数值模拟和实验研究方面对其相变传热过程做了大量工作。

3 结语

（1）高温氟化物熔盐以其优异的性能，如宽广的工作温度、热容量大、流动性好、可实现常压下的高温运行等，越来越受到研究人员的关注。然而，有关氟化物熔盐的制备和净化方法研究较少，传统的H2-HF净化方法还存在危险性高、净化时间长、净化效率低、成本高等缺点。开展含氟熔盐制备与纯化机制研究，探索氟化物熔盐净化过程中杂质的存在形式与迁移规律，阐明氟化物熔盐制备与净化机理，发展新的熔盐净化方法以减小熔盐的腐蚀性和降低成本对熔盐的工业化生产和应用至关重要。

（2）熔盐堆用氟化物熔盐的制备及热物性研究集中在20世纪中叶。由于年代过于久远，选用的氟化物熔盐虽具有良好的中子学效应和传热特点，但也存在其它一些问题，如熔点高、毒性大、挥发度高、腐蚀性强等。氟化物熔盐的种类及纯度与熔盐的热物性能和化学腐蚀性息息相关，氟化物熔盐的性能与氟化盐种类、纯度、性质、比例和制备方法等的关系还缺乏深入研究。因此，在现有基础上进一步研究适合于核能应用的高纯度、高性能氟化物熔盐，对于提高核能系统的效率和稳定性仍具有非常重要的意义。此外，氟化物熔盐的高温腐蚀性，一直制约着熔盐堆的发展及其在其它方面的应用，研究和开发耐高温熔盐腐蚀的材料是科技工作者的重要课题之一。

（3）尽管氟化物熔盐电解制备金属及合金的研究已有上百年，这方面的研究报道也很多，但大多数工作仅限于制得金属或涂层，对于氟化物熔盐的结构、性质和反应机理尚未形成完整的理论体系，因此，进一步研究氟化物熔盐结构理论及其电化学反应机理仍将是今后研究的重点。随着低温熔盐和一些新型离子液体的发展，特别是一些含氟有机熔盐已经开始应用于熔盐电解领域，开发新的低熔点熔盐电解质体系，应用于节能、环保的含氟熔盐金属电沉积新技术，从而解决工艺放大过程中的高能耗、高排放问题，将是今后的重要研究方向。

文章来源：《冶金与材料》 网址: http://www.yjyclzz.cn/qikandaodu/2021/0420/827.html