[发明专利]用于研究熔融电解质中电活性氧化物电化学行为的电解池

说明书

技术领域

本发明属于电解池技术领域。具体涉及一种用于研究熔融电解质中电活性氧化物电化学行为的电解池。

背景技术

电解熔融电解质中的金属氧化物是绿色制备金属的一个基本方法。金属氧化物在熔融电解质中一般离解成金属阳离子和氧离子。电解时金属阳离子在阴极被还原，得到金属；而氧离子在阳极被氧化，析出氧气。为制订合理的电解工艺路线，必须掌握在熔融电解质中所制备金属的氧化物对应的电活性离子的氧化还原规律。

目前，电活性物质的电化学行为研究一般在三电极电解池体系内进行。但在高温下进行电化学行为的测试研究，一方面受到电极（特别是参比电极）以及电解池容器稳定性的限制；另一方面，也会受到熔融电解质本身的电子导电性以及其中非氧化物杂质的干扰。而且，为防止不同极区相互干扰，电解池中一般应设置离子隔离膜，但高温下离子隔离膜的材料选择将更加困难。上述多种原因导致高温电化学测试研究不仅在电解池操作上存在很大困难，而且也会对测试结果的可靠与稳定带来不利影响。掺杂MgO或Y₂O₃等的ZrO₂是一种氧离子传导的固体电解质，只对氧离子具有选择透过性，且在高温下具有良好的稳定性，能够作为电解池的隔离膜或容器。“一种用于测定熔渣中铁氧化物分解电压的电解池”（CN 201310668235.3）专利技术，提供了一种采用ZrO₂固体电解质构建测定熔渣中铁氧化物分解电压的电解池，该电解池只设置了两个电极，虽能进行熔渣电解等有关研究，但难以进行稳定、可靠的电活性离子电化学行为的研究测试。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，目的是提供一种结构简单、操作容易、抗干扰能力强和测试结果稳定可靠的用于研究熔融电解质中电活性氧化物电化学行为的电解池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述电解池包括ZrO₂管、参比电极、辅助电极和固态工作电极。ZrO₂管封闭端内装有熔融电解质，ZrO₂管的开口端端口装有氧化铝塞；在ZrO₂管封闭端的外表面由下到上依次环绕烧结有辅助电极和参比电极，辅助电极的上边界与ZrO₂管内的熔融电解质液面平齐，参比电极紧邻辅助电极上边界位置；参比电极引线的一端与参比电极固定连接，辅助电极引线的一端与辅助电极固定连接。

进气通管的下半部通过氧化铝塞的中心孔插入ZrO₂管内，氧化铝塞的中心孔旁设有排气孔，进气通管的下端位于熔融电解质液面的上方，进气通管的上端口通过橡胶管与T型三通管的下端口密封连接；T型三通管上端端口设有橡胶塞，T型三通管的旁端口为惰性气体进气口。

绝缘管的上端从橡胶塞的中心孔伸出，绝缘管的下端从进气通管的下端口穿出至ZrO₂管内，绝缘管的下端位于熔融电解质液面的上方；绝缘管的下端固定有固态工作电极，固态工作电极的下端插入熔融电解质中，固态工作电极引线的下端穿过绝缘管的中心通孔与固态工作电极的上端连接，固态工作电极引线的上端伸出绝缘管上端口。

所述的ZrO₂管是在ZrO₂基体中加入掺杂剂后烧结制成的固体电解质管，所述的掺杂剂为MgO或为Y₂O₃，ZrO₂管的内径为5~20mm，壁厚为0.5~3mm。

所述的辅助电极和参比电极的材质均为铂金，铂金的层厚为4~50μm，孔隙度为15~40%。

所述的固态工作电极的材质为惰性金属铂、铱、铑中的一种，固态工作电极的直径为0.2 ~3mm。

所述的参比电极引线的材质为铂金；所述辅助电极引线的材质为铂金；所述固态工作电极引线的材质为铂金。

本发明进行高温测定时，将该电解池置于管式高温炉内恒温区，高温炉内通过流量为100~600mL/min的空气。因此，该电解池外侧表面处于流动空气环境。通过惰性气体进气口向进气通管导入流量为10~100mL/min的Ar、或N₂惰性气体，对ZrO₂管内装的待测熔融电解质进行保护。当炉温到达测定温度后，将电化学分析仪的三个电极夹头分别夹住电解池对应的参比电极引线、辅助电极引线和固态工作电极引线。待电解池体系稳定后，选择相应的电化学测试技术，即可进行熔融电解质中电活性氧化物的电化学行为研究。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下积极效果：