[发明专利]一种用于高温浓酸条件下电化学测量的电解池

说明书

技术领域

本发明属于电化学测量技术领域，具体地，本发明涉及一种用于高温浓酸条件下电化学测量的电解池。

背景技术

基于磷酸掺杂PBI的质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)因其电解质浓磷酸具有较低蒸气压而能够在100-200℃的温度下运行，相比于基于膜且仅能在100℃以下运行的低温质子交换膜燃料电池(LT-PEMFCs)，HT‐PEMFCs具有较高的抗CO和SO₂中毒能力以及较快的反应速率等优点。同时，高温也能够使电池产生蒸气态的产物，进而简化了电池单相的水管理，提高了废热产物的利用效率。HT‐PEMFCs因此作为高效、环保的发电机在发电站和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。HT‐PEMFCs仍然需要不断改进以维持其当前的市场地位

在电催化反应中，反应速率往往由催化剂自由活性位数以及反应物和产物到达和离开这些活性位的质量传输所决定。磷酸因其对Pt活性位的强吸附和毒化以及对气态反应物的低溶解度和低传输速率成为导致HT-PEMFCs特别是氧还原发生的阴极电流密度较低的关键原因。为探究不同浓度和温度的H₃PO₄溶液对催化剂氧还原性能的影响程度及影响的具体机理，同时也为了表征新型催化剂的氧还原催化性能，一套能够模拟HT-PEMFCs高温和浓酸环境的电化学测试装置显得十分重要。

区别于传统电化学测试装置，该新型测试装置需要实现电解液温度的调控，且能够耐受高温和强酸，该装置需满足基于气体扩散电极工作原理的工作电极的测量需求，同时工作电极催化剂层必须与参比电极保持极短的间距，以避免高浓度电解液造成的电压降，参比电极也需要与本体电解液保持适当的距离，以避免电解质温度的跳动影响参比电极电位的稳定性。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种用于高温浓酸条件下电化学测量的电解池，本发明电解池一方面可以模拟高温燃料电池的实际操作环境，探究催化剂在此苛刻条件下的催化性能和催化原理；另一方面也可以模拟电化学三电极体系，对催化剂进行不同温度和浓度条件下的电化学测量。

为实现上述目的，本发明所设计的用于高温浓酸条件下电化学测量的电解池，包括盛放电解液的夹层筒体和与所述筒体配套的筒盖，所述筒盖端面上设置有多个圆孔，所述筒体的一侧中部设置有用于放置参比电极的L型玻璃管，所述L型玻璃管的一端为毛细管，所述L型玻璃管的毛细管端穿入所述筒体内，所述L型玻璃管的另一端用于放置参比电极；

所述筒体在与所述L型玻璃管相对侧中部设置有放置工作电极的横向磨砂玻璃接头，所述磨砂玻璃接头接通于所述筒体内壁；

所述筒体在所述L型玻璃管与所述磨砂玻璃接头的中间侧下部设置有进油口，所述进油口与所述筒体的外壁接通；

所述筒体在所述进油口相对侧上部设置有出油口，所述出油口与所述筒体的外壁接通。

作为优选方案，所述筒盖材料为聚四氟乙烯。

作为优选方案，所述筒盖端面上设置有3个圆孔，用于固定辅助电极、热电偶。

作为优选方案，所述筒体为圆柱形。

作为优选方案，所述毛细管为鲁金毛细管，鲁金毛细管属于盐桥的一种，主要是用来消除液接电势和溶液电阻的。

作为优选方案，所述毛细管与所述磨砂玻璃接头同一中心线上。

作为优选方案，所述毛细管与工作电极催化剂层的距离为2～2.5mm。

作为优选方案，所述工作电极为气体扩散电极。

作为优选方案，所述电解池材料为硼硅玻璃材料。

作为更优选方案，所述L型玻璃管与所述筒体外壁的间距大于所述筒体内径的2/5。

本发明具有以下优点：

第一，本发明用于测量催化剂在高温、浓酸条件下的氧还原催化能力，能够耐受高温和强酸；

第二，本发明作为普通的电化学三电极体系，测量催化剂在不同温度和浓度条件下的电化学性能，能够满足基于气体扩散电极工作原理的工作电极的测量需求；

第三，本发明电解池的工作电极催化剂层与参比电极保持极短的间距，避免了高浓度电解液造成的电压降；参比电极与本体电解液保持适当的距离，避免了电解质温度的跳动影响参比电极电位的稳定性；

第四，本发明结构简单，组装、操作方便，能够快速评估催化剂不同条件下的催化性能。

附图说明

图1为本发明的主视剖面结构示意图；

图2为本发明的右侧视剖面结构示意图；

图3为本发明的俯视结构示意图；