[實用新型]一種粉體材料電導率與膜電極阻抗的測試裝置

有效

• 申請號: 201320082844.6
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN203164294U
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 王新東;劉高陽;許軍元;劉桂成;蔣鉅明;王一拓;彭冰霜
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本實用新型涉及一種測試材料性能的裝置，特別是涉及一種粉體材料電導率與膜電極阻抗的測試裝置。?

背景技術

目前兼具電子、質子電導性的混合荷電粉體材料，由于其能顯著優化質子交換膜燃料電池、水電解池膜電極的電子、質子通道傳輸能力，進而改善界面反應特性，被大量研究者用于催化層修飾材料、催化劑載體材料。其中粉體材料的電子、質子電導率性能的測量是評價粉體材料應用過程中不可或缺的物性參數。因此通過電導率測試優化催化材料的選擇以及膜電極制備工藝對改善質子交換膜燃料電池或水電解池的性能極其關鍵。

目前測試粉體材料電導率的方法主要有壓塊法、四探針法等。秦長勇等在《華東理工大學學報》發表成果中，將ATO粉末加入壓片機空腔后，在一定壓力下成型獲得壓塊，然后通過萬用電表測量壓塊兩端電阻值，計算獲得粉體電導率，該方法易于操作，但是誤差較大，不能測量混合荷電粉體材料的離子電導率；陳衛忠等人在其發明專利中（申請號：200810216653.8），先將被測粉體材料通過壓片機壓塊，并在壓塊兩側壓覆金屬粉末后連接測試裝置，通過直流分流法和交流阻抗法獲得了混合荷電粉體材料的電子、離子電導率，金屬粉末降低了壓塊與導線的接觸電阻，此方法測試精度較高，但是不能測量不同溫度、濕度下混合荷電粉體材料的電子、離子電導率特性。此外，對于混合荷電粉體材料所制備的膜電極兼具電子傳導和質子電導性，且其厚度為70-200μm左右，需要較高的測試精度，溫度、濕度對膜電極的阻抗產生很大影響，更加大了膜電極阻抗的測試難度。大部分研究者對于膜電極阻抗的測試是在單池中進行的，通過三電極法對工作電極進行交流阻抗測試，利用等效電路擬合得到的電子、質子阻抗，此方法存在很大誤差，因為該阻抗值包含線路、鹽橋至工作電極電解質電阻等，不僅測試過程繁雜，還造成大量材料浪費，測試成本較高。

在諸多研究者的工作基礎上，

發明內容

本實用新型目的在于解決粉體材料電導率與其所制備膜電極阻抗測試中存在的諸多問題，提供一種粉體材料電子、質子電導率以及由其制備膜電極阻抗測試裝置及方法。本實用新型借助所設計模具以及電化學工作站，獲得粉體材料電子、質子電導率以及由其制備膜電極的阻抗。而且制樣步驟簡單，誤差小，能更加真實的反映不同催化材料在不同溫度、濕度條件下的電子、質子電導率大小。

本實用新型的技術方案是：一種粉體材料電導率與膜電極阻抗的測試裝置，該裝置包括上壓桿、上緊固螺桿、控溫套管、底座和下緊固螺桿；

所述上壓桿的上端一側設有上接線柱，所述上壓桿的下端插入所述控溫套管內，所述上壓桿與所述控溫套管通過所述上緊固螺桿固定，所述上壓桿與所述控溫套管接觸部分設置起到絕緣作用的聚四氟乙烯套管；

所述下端底座的一側設有下接線柱，所述下端底座與所述控溫套管通過所述下緊固螺桿固定；

所述上壓桿上設有用于水蒸氣的進出管道的上加濕通道，所述下端底座上設有用于水蒸氣的進出管道的下加濕通道。

進一步，所述上壓桿、上緊固螺桿、控溫套管、底座和下緊固螺桿的材質為經退火處理的316L不銹鋼，碳素鋼，軸承鋼或鉻12材質。

本實用新型的有益效果是：由于采用上述技術方案，本實用新型提供的測試粉體材料電導率及其所制備膜電極阻抗的裝置可以測試粉體材料在不同溫度下、濕度下的電子、質子電導率以及膜電極阻抗，測試操作簡單，易于掌握；在獲得高精度的測試結果的基礎上，測試過程沒有使用大型精密復雜設備，成本低廉。

附圖說明

圖1a為本實用新型測量裝置的測電子、質子混合導電性應用下的剖面示意圖。

圖1b為本實用新型測量裝置的測試膜電極應用下的剖面示意圖。???????????

圖2為被測電子、質子混合導電性粉體壓塊的三明治結構示意圖。

圖3為被測膜電極的三明治結構示意圖。

圖4a為本實用新型具體實施方式中交流阻抗測試的模擬等效電路圖。

圖4b為本本實用新型具體實施方式中交流阻抗測試的模擬等效電路的簡化圖。

圖5為依照實例1的粉體電導率測量模式獲得的不同溫度下ATO粉末的電導率數據。

圖6照實例2的粉體電導率測量模式獲得的不同條件下混合荷電粉體材料ATO-SnP₂O₇粉末的電導率數據。

附圖7依照實例3的膜電極阻抗測量模式獲得的不同混合荷電粉體制備膜電極的阻抗數據。