[發(fā)明專利]用于研究熔融電解質(zhì)中電活性氧化物電化學(xué)行為的電解池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410154764.6
• 申請(qǐng)日: 2014-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103884752A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高運(yùn)明;楊創(chuàng)煌;洪川;楊映斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/28
• 分類號(hào): G01N27/28;G01N27/30
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電解池技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種用于研究熔融電解質(zhì)中電活性氧化物電化學(xué)行為的電解池。

背景技術(shù)

電解熔融電解質(zhì)中的金屬氧化物是綠色制備金屬的一個(gè)基本方法。金屬氧化物在熔融電解質(zhì)中一般離解成金屬陽(yáng)離子和氧離子。電解時(shí)金屬陽(yáng)離子在陰極被還原，得到金屬；而氧離子在陽(yáng)極被氧化，析出氧氣。為制訂合理的電解工藝路線，必須掌握在熔融電解質(zhì)中所制備金屬的氧化物對(duì)應(yīng)的電活性離子的氧化還原規(guī)律。

目前，電活性物質(zhì)的電化學(xué)行為研究一般在三電極電解池體系內(nèi)進(jìn)行。但在高溫下進(jìn)行電化學(xué)行為的測(cè)試研究，一方面受到電極（特別是參比電極）以及電解池容器穩(wěn)定性的限制；另一方面，也會(huì)受到熔融電解質(zhì)本身的電子導(dǎo)電性以及其中非氧化物雜質(zhì)的干擾。而且，為防止不同極區(qū)相互干擾，電解池中一般應(yīng)設(shè)置離子隔離膜，但高溫下離子隔離膜的材料選擇將更加困難。上述多種原因?qū)е赂邷仉娀瘜W(xué)測(cè)試研究不僅在電解池操作上存在很大困難，而且也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果的可靠與穩(wěn)定帶來(lái)不利影響。摻雜MgO或Y₂O₃等的ZrO₂是一種氧離子傳導(dǎo)的固體電解質(zhì)，只對(duì)氧離子具有選擇透過(guò)性，且在高溫下具有良好的穩(wěn)定性，能夠作為電解池的隔離膜或容器。“一種用于測(cè)定熔渣中鐵氧化物分解電壓的電解池”（CN?201310668235.3）專利技術(shù)，提供了一種采用ZrO₂固體電解質(zhì)構(gòu)建測(cè)定熔渣中鐵氧化物分解電壓的電解池，該電解池只設(shè)置了兩個(gè)電極，雖能進(jìn)行熔渣電解等有關(guān)研究，但難以進(jìn)行穩(wěn)定、可靠的電活性離子電化學(xué)行為的研究測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、抗干擾能力強(qiáng)和測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠的用于研究熔融電解質(zhì)中電活性氧化物電化學(xué)行為的電解池。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：所述電解池包括ZrO₂管、參比電極、輔助電極和固態(tài)工作電極。ZrO₂管封閉端內(nèi)裝有熔融電解質(zhì)，ZrO₂管的開(kāi)口端端口裝有氧化鋁塞；在ZrO₂管封閉端的外表面由下到上依次環(huán)繞燒結(jié)有輔助電極和參比電極，輔助電極的上邊界與ZrO₂管內(nèi)的熔融電解質(zhì)液面平齊，參比電極緊鄰輔助電極上邊界位置；參比電極引線的一端與參比電極固定連接，輔助電極引線的一端與輔助電極固定連接。

進(jìn)氣通管的下半部通過(guò)氧化鋁塞的中心孔插入ZrO₂管內(nèi)，氧化鋁塞的中心孔旁設(shè)有排氣孔，進(jìn)氣通管的下端位于熔融電解質(zhì)液面的上方，進(jìn)氣通管的上端口通過(guò)橡膠管與T型三通管的下端口密封連接；T型三通管上端端口設(shè)有橡膠塞，T型三通管的旁端口為惰性氣體進(jìn)氣口。

絕緣管的上端從橡膠塞的中心孔伸出，絕緣管的下端從進(jìn)氣通管的下端口穿出至ZrO₂管內(nèi)，絕緣管的下端位于熔融電解質(zhì)液面的上方；絕緣管的下端固定有固態(tài)工作電極，固態(tài)工作電極的下端插入熔融電解質(zhì)中，固態(tài)工作電極引線的下端穿過(guò)絕緣管的中心通孔與固態(tài)工作電極的上端連接，固態(tài)工作電極引線的上端伸出絕緣管上端口。

所述的ZrO₂管是在ZrO₂基體中加入摻雜劑后燒結(jié)制成的固體電解質(zhì)管，所述的摻雜劑為MgO或?yàn)閅₂O₃，ZrO₂管的內(nèi)徑為5~20mm，壁厚為0.5~3mm。

所述的輔助電極和參比電極的材質(zhì)均為鉑金，鉑金的層厚為4~50μm，孔隙度為15~40%。

所述的固態(tài)工作電極的材質(zhì)為惰性金屬鉑、銥、銠中的一種，固態(tài)工作電極的直徑為0.2?~3mm。

所述的參比電極引線的材質(zhì)為鉑金；所述輔助電極引線的材質(zhì)為鉑金；所述固態(tài)工作電極引線的材質(zhì)為鉑金。

本發(fā)明進(jìn)行高溫測(cè)定時(shí)，將該電解池置于管式高溫爐內(nèi)恒溫區(qū)，高溫爐內(nèi)通過(guò)流量為100~600mL/min的空氣。因此，該電解池外側(cè)表面處于流動(dòng)空氣環(huán)境。通過(guò)惰性氣體進(jìn)氣口向進(jìn)氣通管導(dǎo)入流量為10~100mL/min的Ar、或N₂惰性氣體，對(duì)ZrO₂管內(nèi)裝的待測(cè)熔融電解質(zhì)進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)爐溫到達(dá)測(cè)定溫度后，將電化學(xué)分析儀的三個(gè)電極夾頭分別夾住電解池對(duì)應(yīng)的參比電極引線、輔助電極引線和固態(tài)工作電極引線。待電解池體系穩(wěn)定后，選擇相應(yīng)的電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，即可進(jìn)行熔融電解質(zhì)中電活性氧化物的電化學(xué)行為研究。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下積極效果：