[發明專利]一種快速測試的鹽橋式熱電化學電池試驗臺及其方法

在審

• 申請號: 201811328462.0
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109471037A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 俞小莉;錢皋;黃瑞;吳加榮;吳啟超;涂文天;陳俊玄
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R31/385
• 分類號: G01R31/385
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種快速測試的鹽橋式熱電化學電池試驗臺。試驗臺由包含電極、鹽橋、電解杯、紫銅導熱塊、半導體制冷片、水冷板、水散熱器、水泵、水槽、溫度傳感器、數據采集模塊、PID控制器、半導體制冷片驅動器、電化學工作站、計算機。半導體制冷片根據PID控制器輸出信號，通過紫銅導熱的方式，快速地對兩個電解杯進行溫度控制。溫度傳感器置于電極附近，測量電極溫度。溫差下兩電極產生電勢差，經電化學工作站測量獲得輸出電壓與輸出電流。在程序控制下，系統自動運行并記錄測試電壓與電流，獲得熱電化學電池的開路特性曲線與輸出特性曲線。本發明具有臺架搭建難度低、測量速度快、等優勢，為熱電化學電池輸出特性測試提供了高效便捷的解決方案。

技術領域

本發明涉及熱電化學電池試驗臺及其方法，尤其涉及一種電極溫度快速自動控制的鹽橋式熱電化學電池試驗臺及其方法。

背景技術

在當今節能與環保的時代主題下，余熱回收技術是一項提高能源利用率的有效途徑。關于余熱回收的研究得到了學界與產業界的重點關注。而熱電化學電池，就是一種基于電化學方法的余熱利用技術，能夠將低品位熱能直接轉化為電能。在工作模式上，它與傳統的半導體溫差發電技術相似，在電池兩端施加溫差，即可在兩電極間形成電動勢。它們具有相同的優點，比如能量直接轉換，沒有噪音等。由于熱電化學電池主要構成是電解液，因此僅適用于電解液沸點溫度以下的熱能回收，在高溫液體如高溫冷卻水、導熱油等的余熱回收，或者能源的梯級利用上有較大應用前景。目前該技術還未進行產業化，相關研究還處在認識階段，需要大量的試驗研究來展示不同熱電化學電池的輸出特性并探明其工作機制。

電極溫度作為熱電化學電池最重要的影響因素，在目前試驗中卻缺乏相關研究，通常僅觀察單一溫差下的電池特性，鮮見熱電化學電池特性與溫差的變化關系。究其原因是由于溫度控制難度大，速度慢，在有限的時間與人力下，只能完成單一溫差的性能研究。在精確控制溫度方面，鹽橋式電池具備較大優勢。鹽橋式電池由兩個電解杯加鹽橋組成，一方面，結構簡單搭建容易，另一方面，由于鹽橋的存在，使得兩電解杯間的傳熱十分微弱，因此可以獨立對兩電解杯進行溫度控制而忽略他們之間的溫度影響。但目前相關試驗研究中采用的控溫方法基本都為水浴。由于水浴槽為單向控溫，因此無法將溫度控制到室溫以下，且水的比熱容較大，溫度控制速度較慢，完成一組測試的時間較長。考慮到影響熱電化學電池性能的因素還包括電解液配方、電極材料等，需要進行大量重復性試驗，面對這種情況，現有的低效試驗臺架就顯得捉襟見肘，限制了熱電化學電池的進一步研究。目前的研究通常受限于溫度控制的精度與速度，因此缺乏熱電化學電池與溫度的影響規律研究以及重復性多因素試驗研究。

半導體制冷片是一種先進的熱源熱匯，其最大的優勢在于既可以作為熱源為對象加熱，也可以作為熱匯為對象制冷。而制冷與加熱的工作模式改變，僅通過改變電流的方向即可實現，非常方便易用。這種特性使得半導體制冷片在主動高精度的溫度控制具有非常好的效果。而紫銅作為一種優良的導熱材料，具有較大的導熱系數和較低的熱容，可以快速將熱量傳遞給電解杯，提高溫度控制的速度。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的不足，并提供一種快速測試的鹽橋式熱電化學電池試驗臺。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種快速測試的鹽橋式熱電化學電池試驗臺，包括電池體、測量模塊與溫控模塊。

電池體包括兩個結構一致的半電池體；每個半電池體包括電解杯、電極與電解液。電解液置于電解杯中，電極下端置于電解液的液面下。兩個半電池體通過鹽橋相連。