[發(fā)明專利]用于在高溫下電化學(xué)測量的參比電極

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680068240.2
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN108369205A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 多米尼克·杰爾瓦西奧;哈山·艾爾森特列西;佩魯馬爾·普蓋茨漢德希
• 申請（專利權(quán)）人: 代表亞利桑那大學(xué)的亞利桑那校董會
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/403;H01M10/39;C04B35/10;C04B35/48
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 錢云云;劉繼富

提供了在寬范圍的溫度、壓力和化學(xué)條件下穩(wěn)定的參比電極。根據(jù)本發(fā)明主題的參比電極包括由具有遠端封閉端和近端開口端的石英組成的管狀外殼。絕緣陶瓷棒近似連接到外殼封閉遠端的開口，以在陶瓷棒和石英外殼之間形成微裂紋(稱為裂紋結(jié)，CJ)。CJ為從參比電極(RE)內(nèi)部到工作電極(WE)的離子導(dǎo)電提供了非常曲折的路徑。在管狀外殼內(nèi)部是電引線(例如銀線)，其設(shè)置在包含堿金屬鹽(例如，AgCl和KCl)的混合物的電解質(zhì)中，從電解質(zhì)向上延伸穿過石英外殼近端處的密封裝置。

關(guān)于聯(lián)邦資助研究的聲明

本發(fā)明是在DOE授予的批準(zhǔn)號DE-EE0005942的政府支持下完成的。政府擁有本發(fā)明的一定權(quán)利。

發(fā)明背景

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在高達1000℃的高溫下使用的參比電極。

相關(guān)技術(shù)說明

參比電極(RE)是在離子導(dǎo)電溶液中具有恒定電極電位的電極，被稱為半電池。參比電極與稱為工作電極(WE)的另一個電極通過鹽橋連接至第二半電池，并且在RE和WE之間測量電壓(電位差)，以獲得相對于參比電極電位的在工作電極處的電位。

RE是電化學(xué)電池中定量觀察工作電極行為的基本組件。工作電極和稱為對電極(CE)的另一個電極之間可以流過平穩(wěn)的電流，同時測量相對于RE的WE電位。對于WE和CE之間的很多電流，其是可以重復(fù)的。通過這種方式，可以繪制WE電流相對于WE電位的曲線(稱為工作電極的極化)，并且工作金屬電極的腐蝕速率可以通過WE電流根據(jù)WE電位的這個曲線來確定。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的穩(wěn)定且耐用的參比電極由金屬線(如銀線，Ag線)與石英管內(nèi)的其離子金屬鹽(如氯化銀，Ag⁺Cl^-)和堿金屬鹽(如氯化鉀，KCl)相接觸，絕緣陶瓷棒(如氧化鋁或氧化鋯棒)熔入石英管的一端，以便在陶瓷棒和石英之間形成微裂紋(稱為裂紋結(jié)，CJ)而制成。CJ為從石英管內(nèi)部到管外部的離子導(dǎo)電提供了非常曲折的路徑。

本發(fā)明的該參比電極已被校準(zhǔn)并用于定量評估哈氏合金C-276在高達900℃的溫度下在用空氣平衡的鋅共晶熔融鹽(18.6NaCl-21.9KCl-59.5ZnCl₂摩爾％，MP＝213℃)中的電化學(xué)腐蝕。在電化學(xué)極化實驗中，將金屬浸入用空氣(或用于厭氧測試的氬氣)平衡的熔融鹽以及對電極和參比電極中約10分鐘，以確定合金相對于參比電極的開路電位(OCP)。然后，測試合金從OCP以下的-30mV極化至OCP以上的+30mV。參比電極必須具有穩(wěn)定的電位(理想情況下不可極化)，對于熔融鹽中合金的腐蝕研究，必須在高達900℃，甚至高達1300℃的寬范圍的溫度內(nèi)保持穩(wěn)定，并且在測試中不應(yīng)干擾合金樣品或熔融鹽。

在一個實施方式中，外殼由石英制成，使得參比電極可以在高達900℃的溫度下使用。石英管終止于“裂紋結(jié)”(CJ)，所述“裂紋結(jié)”(CJ)用于電化學(xué)電池的參比電極和工作電極(測試合金)之間的離子連接。該石英管用適量的1份Ag金屬粉末、1份AgCl粉末和1份KCl粉末填充，所述粉末通過研磨充分混合，然后倒入石英管中。如圖1所示，銀線幾乎完全插入管中用于電連接。CJ是通過將石英管熔在氧化鋁棒上以使棒牢固地固定就位，就好像密封在石英中一樣來制成。然而，由于氧化鋁和石英的膨脹系數(shù)的差異，在石英和氧化鋁界面處形成微裂紋，導(dǎo)致在包含參比電極的石英管內(nèi)部和與電化學(xué)電池產(chǎn)生離子接觸的外部之間離子擴散的非常曲折的路徑。如圖1所示的該參比電極被稱為氧化鋁CJ。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的高溫氧化鋁裂紋結(jié)參比電極的圖示；

圖2是描繪裂紋結(jié)(CJ)電極、飽和甘汞電極(SCE)和飽和銀/氯化銀電極(Ag/AgCl或SSE)的時間電位差的圖。在圖例上靠左的電極為“高”，右側(cè)電極為低(“飽和”表示水相平衡并與固體KCl接觸)；