Μελέτη της παραγωγής ηλεκτρολυτικού διοξειδίου του μαγγανίου (emd) σε εργαστηριακή κλίμακα
Creators: name: Λιάκος, Γρηγόριος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Ηλεκτρόλυση
Εναπόθεση
Μαγγάνιο
Electrolysis
Deposition
Manganese

description: Το διοξείδιο του μαγγανίου (MnO2) αποτελεί το ενεργό συστατικό διαφόρων τύπων μπαταριών, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών ψευδαργύρου-άνθρακα, των αλκαλικών μπαταριών και των μπαταριών λιθίου πρώτου τύπου. Η καθαρότητα του MnO2 είναι ιδιαίτερα σημαντική για τις εφαρμογές αυτές. Το MnO2 που παράγεται μέσω ηλεκτρόλυσης, και το οποίο είναι γνωστό ως ηλεκτρολυτικό διοξείδιο του μαγγανίου (electrolytic manganese dioxide, EMD), έχει υψηλός βαθμός καθαρότητας και επομένως είναι κατάλληλο για χρήση σε εφαρμογές μπαταριών. Πρώτη ύλη για την βιομηχανική παραγωγή του EMD αποτελεί το ΜnO2, το οποίο εμφανίζεται στη φύση στη μορφή του ορυκτού πυρολουσίτη. Το ορυκτό, περιεκτικότητας σε MnO2 μεγαλύτερη του 80%, διαλύεται σε θειικό οξύ (ενίοτε αναμεμειγμένο με ένυδρο θειικό μαγγάνιο) και ακολουθεί ηλεκτρόλυση του διαλύματος σε σταθερό ρεύμα με χρήση ηλεκτροδίων τιτανίου (άνοδος) και άνθρακα (κάθοδος). Το EMD εναποτίθεται στην άνοδο από όπου και ανακτάται με μηχανική απόξεση. Η παρούσα διατριβή έχει ως σκοπό τη μελέτη της διεργασίας παραγωγής EMD σε εργαστηριακές συνθήκες. Αντικείμενο της μελέτης αποτελεί η διερεύνηση της επίδρασης των παραμέτρων της ηλεκτροαπόθεσης στην απόδοση της διεργασίας. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση του επιβαλλόμενου ρεύματος, της θερμοκρασίας και της συγκέντρωσης του θειικού άλατος στην απόδοση ρεύματος. Βρέθηκε ότι τόσο η θερμοκρασία όσο και το ρεύμα αποτελούν καθοριστικούς παράγοντες στην επίτευξη υψηλών αποδόσεων, καθώς σχετίζονται με την ανταγωνιστική αντίδραση έκλυσης οξυγόνου που λαμβάνει χώρα στις συνθήκες της ηλεκτροαπόθεσης.
description: Manganese dioxide (MnO2) is the active component of several types of batteries, including zinc-carbon batteries, alkaline batteries and first-type lithium batteries. The purity of MnO2 is particularly important for these applications. MnO2 produced by electrolysis, known as electrolytic manganese dioxide (EMD), has a high degree of purity and is therefore suitable for use in battery applications. The raw material for the industrial production of EMD is MnO2, which occurs naturally in the form of the mineral pyrolusite. The mineral, with an MnO2 content of more than 80 %, is dissolved in sulphuric acid (sometimes mixed with manganese sulphate hydrate), followed by electrolysis of the solution at constant current using titanium (anode) and carbon (cathode) electrodes. The EMD is deposited on the anode from which it is recovered by mechanical scraping. This thesis aims to study the EMD production process under laboratory conditions. The object of the study is to investigate the effect of electrodeposition parameters on the process performance. In particular, the effect of applied current, temperature and sulfate concentration on the current efficiency was studied. It was found that both temperature and current are crucial factors in achieving high yields, as they are related to the competitive oxygen evolution reaction that takes place under electrodeposition conditions.