CN113906290A - 电化学燃料电池、用于维护电化学燃料电池的方法和呼吸酒精测量仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池，以及涉及一种用于维护这种电化学燃料电池的方法。所述电化学燃料电池包括第一电极、第二电极和第三电极。第一电极设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作测量电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。第二电极设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作反电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。第三电极设置为，在电化学燃料电池的维护模式中被用作反电极。电化学燃料电池再者包含控制模块，以便在维护模式的第一阶段中设定测量电极相对于参考电极的第一电势。控制模块此外构造为，在维护模式的第二阶段中设定测量电极相对于参考电极的第二电势。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池，涉及一种用于维护这种电化学燃料电池的方法以及涉及一种呼吸酒精测量仪器。
背景技术
在呼吸酒精测量仪器中的电化学燃料电池运行期间，电池对呼吸中的乙醇的灵敏度越来越多地下降。这与在催化剂层的表面上的各种过程有关。对酒精的敏感性越来越低，使得在确定的时间之后必需利用已知的标准对传感器进行校准。酒精测量是所谓的相对方法，在该相对方法中，浓度与通过利用已知的标准溶液进行校准而达到的标准化值有关。
在运行期间，电化学燃料电池一再暴露于来自环境和呼吸中的各种物质。随着时间的过去，这可能导致表面的毒化/阻塞。此外，通过乙醇在酸性介质中的铂上的氧化而形成副产品，这些副产品不可逆地在催化剂层的表面上占据吸附位置，并且在这些副产品上可能不再发生乙醇氧化。
在通常情况下，目前在确定的时间之后被校准，以便达到预先给定的精度并补偿***造成的偏差。然而，以此不是改进燃料电池的灵敏度，而是只适配了参数。替选地或者附加地，燃料电池每隔一定的时间完全被置换。还有其他可能性来提高燃料电池的稳定性。催化剂表面例如可以通过电化学过程清除被吸附物。
在Easton等人的科学著作（Sensors & Actuators B:Chemical，228（2016）448-457）中描述了，通过借助循环电势改变再活化铂的催化剂表面，可以再次提高表面对乙醇的敏感性。然而，并未描述，如何可能在电化学燃料电池中实施这种循环电势改变。
此外，通过提供较大的活性氧化表面，尝试提高灵敏度，（参见比方说US9057691B2）。
存在对一种用于呼吸酒精测量仪器的电化学燃料电池的需求，其中对酒精的灵敏度具有敏感性的高稳定性。
发明内容
本发明基于如下认知：可以使用电化学燃料电池的电极的铂催化剂的氧化铂层或者氢氧化铂层的周期性更新，以便使电极对乙醇的敏感性在较长的时间点期间保持稳定。为了能够执行这种更新，在双电极燃料电池中设置第三电极（辅助电极），该第三电极在燃料电池的正常运行模式中保持不使用，并且该第三电极可以在燃料电池的维护模式中被用作反电极，而另外两个电极之一被用作测量电极，并且另一电极被用作参考电极。通过施加第一电势，在第一阶段中可以将相应的测量电极的铂催化剂的氧化物或者氢氧化物层还原成金属。在第二阶段中，可能发生相应的测量电极的极化，所述极化可以形成新的氧化物或者氢氧化物层。紧接着，测量电极和参考电极的作用可以被置换，并且另外的电极的氧化物或者氢氧化物层可以再生。
本发明的实施例提出了一种用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池。电化学燃料电池包括第一电极、第二电极和第三电极。电化学燃料电池的特征在于，第一电极设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作测量电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。此外，电化学燃料电池的特征在于，第二电极设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作反电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。电化学燃料电池的特征此外还在于，第三电极设置为，在电化学燃料电池的维护模式中被用作反电极。
通过设置在维护模式中被用作反电极的第三电极，可能使测量电极的吸附位置再生。这通过如下方式能够实现：在维护模式下，产生电势。为了能够产生电势，需要三个电极，即测量电极和反电极和参考电极，在测量电极与反电极之间产生电压，参考电极形成电势的参考点。如果正确地选择电势，则可以在相应的测量电极上首先还原氧化物或者氢氧化物层，并且紧接着又建立氧化物或者氢氧化物层，使得更新在测量电极上的氧化物层并且又提供吸附位置。
例如，电化学燃料电池在正常运行模式中可以是基于双电极的电化学燃料电池。在该情况下，所述第三电极可以设置为，在正常运行模式中保持未使用。这能够实现将燃料电池用作基于双电极的电化学燃料电池，这能够实现对乙醇的高敏感性和选择性，并且由此可以避免，对参考电极的不稳定性要采取预防措施。
替选地，电化学燃料电池在正常运行模式中可以是基于三电极的电化学燃料电池。第三电极在正常运行模式中可以设置为，被用作参考电极。这能够实现将本发明用于基于三电极的电化学燃料电池中。
在至少有些实施例中，电化学燃料电池此外包括控制模块。控制模块可以构造为，以便在维护模式的第一阶段中设定测量电极相对于参考电极的第一电势。控制模块此外还可以构造为，以便在维护模式的第二阶段中设定测量电极相对于参考电极的第二电势。在此，可以选择第一电势，使得该第一电势导致在相应测量电极上的氧化物或者氢氧化物层的还原。可以选择第二电势为使得，该第二电势导致在相应测量电极上建立氧化物或者氢氧化物层。
例如，第一电极和第二电极可具有铂表面。第一电势可以适合于，将第一电极或者第二电极的铂表面上的氧化铂层和/或氢氧化铂层至少部分地还原为铂。第二电势可以适合于，以便在第一电极或者第二电极的铂表面上再生氧化铂层和/或氢氧化铂层。借此，能够实现氧化物/氢氧化物层的更新。
在此，第一和第二电极的氧化物/氢氧化物层可以相继地被更新，也就是说这两个电极的作用可以在维护模式之内被调换。这样，维护模式可以具有第一时间段，该第一时间段设置为，更新第一电极的氧化铂层和/或氢氧化铂层。维护模式此外还可具有第二时间段，该第二时间段设置为，更新第二电极的氧化铂层和/或氢氧化铂层。这两个时间段可以分别包括第一阶段和第二阶段。这能够实现第一和第二电极的氧化物/氢氧化物层的更新。
在此，第一电极可以设置为，在维护模式的第一时间段中被用作测量电极，并且在维护模式的第二时间段中被用作参考电极。第二电极可以设置为，在维护模式的第一时间段中被用作参考电极，并且在维护模式的第二时间段中被用作测量电极（或者反之亦然）。这样，在维护模式之内，这两个电极的作用被调换。
第一时间段可以在时间上在第二时间段之前发生，使得首先更新第一电极的氧化物/氢氧化物层，并且紧接着更新第二电极的氧化物/氢氧化物层。替选地，第二段可以在时间上在第一时间段之前发生，使得首先更新第二电极的氧化物/氢氧化物层，并且紧接着更新第一电极的氧化物/氢氧化物层。
例如，第一阶段可以持续在1分钟到10分钟之间。在实验中，这种持续时间已经导致氧化物/氢氧化物层的成功还原。
例如，第一电势可以为-400mV到-700mV之间。这对应于如下电压：在所述电压的情况下，氧化铂/氢氧化物层被还原成金属。第二电势可以为-100mV到+100mV之间。在这种电势的情况下，在电极上发生氧化物/氢氧化物形成。
此外，实施例还提供了一种用于维护用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池的方法。电化学燃料电池包括第一电极、第二电极和第三电极。第一电极设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作测量电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。第二电极设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作反电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。第三电极设置为，在电化学燃料电池的维护模式中被用作反电极。该方法包括使电化学燃料电池交替地在正常运行模式中或者在维护模式中运行。该方法包括，在维护模式的第一阶段中设定测量电极相对于参考电极的第一电势。此外，该方法还包括：在维护模式的第二阶段中设定测量电极相对于参考电极的第二电势。
附图说明
示例性地，随后参考随附的附图更详细地阐述了设备和/或方法的数个实例。本身应理解的是，本发明并不限于这些实例。
图1示出了用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池的示意图；和
图2示出了用于维护用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池的方法的流程图。
在这些附图中，为了解释清楚，可能夸大了线、层和/或区域的粗细。
具体实施方式
其他实例可覆盖落入本公开的范围中的所有修改方案、相对应方案和替选方案。在对附图的整个描述中，相同的或者类似的附图标记涉及相同的或者类似的元件，这些元件在相互比较时可以相同地或者以经过修改的形式来实施，而这些元件提供相同的或者类似的功能。
应理解的是，当一个元件被称为与另一元件“连接”或者“耦合”时，这些元件可以直接地连接或者耦合，或者经由一个或者多个中间元件连接或者耦合。如果两个元件A和B在使用“或者”的情况下被组合，则这要被理解为使得，公开所有可能的组合，也就是说只要没有明确地或者隐含地另外限定，就只有A、只有B以及A和B。相同组合的替选表达是“A和B中的至少一个”或者“A和/或B”。同样的内容，加以必要的修改，适用于两个以上的元件的组合。
这里被用于描述确定的实例的术语不应针对其他实例是限制性的。如果使用单数形式、例如 “一”、“一个”和“该”并且仅仅单个元件的使用既没有明确地也没有隐含地限定为有约束力的，则其他实例也可以使用复数元件，以便实施相同的功能。如果功能随后被描述为在使用多个元件的情况下来实施，则其他实例可以在使用单个元件或者单个处理实体的情况下实施相同的功能。此外应理解的是，措辞“包括”、“包含”、“有”和/或“具有”在使用时准确地表达存在所说明的特征、整数、步骤、操作、过程、元件、组件和/或它们的组，但是没有排除一个或者多个另外的特征、整数、步骤、操作、过程、元件、组件和/或它们的组的存在或者添加。
只要没有另外限定，所有措辞（包括技术的和科学的措辞在内）这里就以其在所述实例所属的领域常见的意义而被使用。
图1示出了用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池1的示意图。电化学燃料电池包括第一电极1、第二电极2和第三电极3。如在图1中所示出的那样，燃料电池此外还包括电解质，该电解质在图1的实施例中维持在膜5中，该膜5布置在第一电极与第二电极之间。此外，第三电极布置在具有电解质的膜上，也就是说第一、第二和第三电极与相同的电解质接触。在此，第三电极可以替选地通过电解质桥耦联到具有第一和第二电极的试验电池上。原则上，另外的布局也是可设想的，可是本发明涉及三个电极的互相配合。这通过如下方式来产生影响：第一电极1设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作测量电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。第二电极2设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作反电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。第三电极3设置为，在电化学燃料电池的维护模式中被用作反电极。图1此外还示出了包括电化学燃料电池10的呼吸酒精测量仪器100。
如从在前的描述中得知的那样，本发明基于的是，三个电极在正常运行模式中和在维护模式中担任不同的任务。在此，正常运行模式是电化学燃料电池的如下运行模式：在所述运行模式中，比方说在使用库仑法的情况下，可执行呼吸酒精控制。维护模式是为了更新电极上的催化剂层处的氧化物或者氢氧化物层而设置的运行模式。
第一电极1设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作测量电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。在此，正常运行模式例如可以通过控制模块4来控制，该控制模块4可以（在逻辑上）被电化学燃料电池包括。控制模块可以构造为，以便使电化学燃料电池要么在正常运行模式中运行，要么在维护模式中运行。其他模式同样可以是可能的，比方说校准模式或者待机模式（Standby-Modus）。为了在正常运行模式与维护模式之间变动，控制模块可以构造为，根据电极的相应的使用来适配将电极与控制模块电连接的接线结构6。在此，接线结构可以被控制模块4包括，也就是说可以是微电子接线结构。替选地，接线结构可包括一个或者多个可由控制模块4来控制的继电器。控制模块例如可以构造为，以便控制接线结构，使得第一电极在正常运行模式中作为测量电极运行，并且在电化学燃料电池的维护模式中作为测量电极或者作为参考电极运行。
相对应地，控制模块4可以构造为，以便控制接线结构6，使得第二电极2在电化学燃料电池的正常运行模式中作为反电极运行，并且在电化学燃料电池的维护模式中作为测量电极或者参考电极运行。控制模块此外还可以构造为，以便控制接线结构6，使得第三电极3在电化学燃料电池的维护模式中作为反电极运行。控制模块此外还可以构造为，以便控制接线结构6，使得第三电极3在正常运行模式中保持未使用，也就是说使得第三电极切断和/或使得电化学燃料电池在没有第三电极的情况下运行。这样，电化学燃料电池10在正常运行模式中可以例如是基于双电极的（没有参考电极的）电化学燃料电池。第三电极3可以设置为，在正常运行模式中保持未使用。替选地，控制模块可以构造为，以便控制接线结构6，使得第三电极3在正常运行模式中被用作参考电极。这样，电化学燃料电池10在正常运行模式中可以例如是基于三电极的电化学燃料电池。第三电极3在正常运行模式中可以设置为，被用作参考电极。
包括电化学燃料电池的呼吸酒精测量仪器大多每隔一定的时间被重新校准，以便这些呼吸酒精测量仪器也供应能证明的结果。定期校准这种仪器的主要原因是燃料电池的作用方式：呼吸酒精的浓度通过如下方式来确定，呼吸中的乙醇和呼吸的另外的所含物质在电化学燃料电池的测量电极处导致测量电极的催化剂的表面的所谓的毒化/阻塞，也就是说，在相应测量电极的催化剂上的吸附位置通过这些物质被占据，并且随后不再供在催化剂表面上氧化乙醇使用。可是，催化剂的氧化是这种呼吸酒精测量仪器中的酒精测量的基础，因为乙醇的氧化导致燃料电池中的电子流，该电子流可以被测量并且与呼吸酒精的浓度成比例。如果由于吸附位置的不可用性而使乙醇的氧化困难，则可以在随后对呼吸酒精含量的计算中适配灵敏度（也就是说换算因子），使得所测量的值与呼吸酒精含量相对应。该适配包括在呼吸酒精测量仪器的校准中。
本发明基于如下认知：可能的是，通过将电势施加到测量电极上，使吸附位置再生，利用所述电势首先分解催化剂的氧化物或者氢氧化物层，并且紧接着又建立催化剂的氧化物或者氢氧化物层。这种再生在维护模式期间发生。换言之，维护模式设置为，更新（也就是说首先分解，并且接着再生）相应测量电极的催化剂的氧化物或者氢氧化物层。在实施例中，该电势可以通过控制模块来产生。控制模块可以被电化学燃料电池包括（在电解质空间之外，也就是说在逻辑上分配给电化学燃料电池并且与电极电连接）。在此，控制模块可以被微控制器包括，电化学燃料电池包括该控制模块。只要控制模块在逻辑上分配给电化学燃料电池，控制模块在此准确地布置在何处就是无关紧要的。
控制模块4因此可以构造为，以便设定电化学燃料电池中的电势。在电化学燃料电池中，测量电极的电势始终要关于参考电极来看，也就是说该电势是在参考电极的电势与测量电极的电势之间的电势差。参考电极在此是（按照可能性）不遭受任何电流负荷的电极，使得在那里存在恒定的电势。测量电极处的电势例如可以经由所谓的电势恒定的调节电路来设定，该调节电路即其中在测量电极与反电极之间产生电流通过以便设定电势的电路。例如，控制模块可以包括电势恒定的调节电路或者另外的调节电路，所述电势恒定的调节电路或者另外的调节电路适合于设定电势。此外，控制模块可以构造为，以便在正常运行模式期间执行对在测量电极与反电极之间的电流的测量。电流曲线在此与呼吸酒精（呼气中的乙醇）成比例，并且可以使用在随后的处理步骤中，以便确定呼吸酒精。
控制模块例如可以构造为，以便在维护模式的第一（在时间上的和/或在逻辑上的）阶段中设定测量电极相对于参考电极的第一电势（也就是说设定测量电极处的第一电势，其中关于参考电极设定第一电势）。在此，可以选择第一电势，使得该第一电势适合于，将布置在测量电极的表面处的催化剂层的表面上的氧化物层和/或氢氧化物层还原成金属，也就是说触发还原，在所述还原中释放氧气和/或氢气。当超过分解电压（或者如果分解电压是负的，则未达到分解电压）时，实现这种电势。在示例性实施例中，第一电极1和第二电极2可以具有铂表面，也就是说在维护模式中的测量电极具有如下铂表面：该铂表面可以在正常运行模式中用作催化剂层。第一电势可适合于，将第一电极1或者第二电极2的铂表面上的氧化铂层和/或氢氧化铂层至少部分地还原成铂。在此，第一电势可以在-400mV到-700mV之间（比方说在-500mV到-600mV之间）。第一阶段可以持续数分钟，比方说可以持续在1分钟直至10分钟之间，可是也可以持续更长，即使接着要期望没有进一步还原或者仅期望较少的进一步还原也如此。在此，第一阶段可持续比方说至少一分钟、至少两分钟、至少三分钟或者至少5分钟。
控制模块此外还可以构造为，以便在维护模式的第二（在时间上的和/或在逻辑上的）阶段中设定测量电极相对于参考电极的第二电势（也就是说设定在测量电极处的第二电势，其中关于参考电极设定第二电势）。可以在第一阶段之后执行第二阶段。第二电势可以选择为使得，该第二电势适合于，在布置在测量电极的表面处的催化剂层的表面上可以形成氧化物层和/或氢氧化物层。例如，第二电势可以适合于，以便在第一电极1或者第二电极2的铂表面上再生氧化铂层和/或氢氧化铂层。第二电势可以对应于极化电势，也就是说电势可以通过在电解质中进行对抗的元素形成。换言之，测量电极和反电极的极化可以在第二阶段发生。在该情况下，控制模块可以构造为，以便可以通过电极的极化来形成第二电势（也就是说不是自己负责导致电势的电流通过）。替选地，控制模块可以构造为，以便主动设定第二电势，比方说使得第二电势在-100mV到+100mV之间，比方说使得可以再生氧化物层或者氢氧化物层。在此，在第一电势和第二电势之间的转变可以逐渐进行，也就是说控制模块可以构造为，以便引起在第一电势和第二电势之间的逐渐的/逐步的转变。
在至少有些实施例中，在维护模式中不仅使唯一电极的氧化物层或者氢氧化物层再生，而且可以既使第一电极的又使第二电极的氧化物/氢氧化物层再生。为此，维护模式可以包括两个时间段，所述时间段分别包括第一阶段和第二阶段。换言之，维护模式可以具有第一时间段，该第一时间段设置为，更新第一电极1的氧化铂层和/或氢氧化铂层。为此，第一电极1可以设置为，在维护模式的第一时间段中被用作测量电极，并且在维护模式的第二时间段中被用作参考电极。维护模式此外还可以具有第二时间段，该第二时间段设置为，更新第二电极2的氧化铂层和/或氢氧化铂层。为此，第二电极2可以设置为，在维护模式的第一时间段中被用作参考电极，并且在维护模式的第二时间段中被用作测量电极。
这两个时间段可以分别包括第一阶段和第二阶段。例如，在第一时间段的第一阶段中，在第一电极的催化剂的表面处的氧化物/氢氧化物层可以被还原成金属，并且在第一时间段的第二阶段，在第一电极的催化剂的表面处的氧化物/氢氧化物层可以再生。在第二时间段的第一阶段中，在第二电极的催化剂的表面处的氧化物/氢氧化物层可以被还原成金属，并且在第二时间段的第二阶段中，在第二电极的催化剂的表面处的氧化物/氢氧化物层可以再生。在此，在有些实施例中，名称“第一”和“第二”时间段并不指示时间顺序，也就是说第一时间段可以在时间上在第二时间段之前发生，或者第二时间段可以在时间上在第一时间段之前发生。
在实施例中，控制模块4可以对应于任意控制器或者处理器或者可编程硬件组件。例如，控制模块4也可以实现为针对相对应的硬件组件编程的软件。就这点而言，控制模块4可以实施为具有相对应地经过适配的软件的可编程硬件。在此，可以采用任意处理器、如数字信号处理器（DSP）。实施例在此并不限于确定类型的处理器。可设想任意处理器，或者也可设想多个处理器，用于实施控制模块4。
结合在前面或者以后（例如图2）描述的构想或者实例，提到了电化学燃料电池或者呼吸酒精测量仪器的更多细节和方面。电化学燃料电池或者呼吸酒精测量仪器可以包括一个或者多个附加的可选特征，这些特征对应于所建议的构想或者所描述的实例的一个或者多个方面，如它们在前面或者以后已被描述的那样。
图2示出了用于维护用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池的相对应的方法20的流程图。该方法例如可以通过图1的电化学燃料电池10和/或通过图1的呼吸酒精测量仪器100来实施。电化学燃料电池包括第一电极、第二电极和第三电极。可以与图1的电化学燃料电池的电极类似地设计这些电极。这样，第一电极设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作测量电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。第二电极设置为，在电化学燃料电池的正常运行模式中被用作反电极，并且在电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极。第三电极设置为，在电化学燃料电池的维护模式中被用作反电极。
该方法包括使电化学燃料电池交替地在正常运行模式中或者在维护模式中运行22。为此，电化学燃料电池例如可以包括控制模块，该控制模块构造为，以便使电子燃料电池交替地在正常运行模式中或者在维护模式中运行，也就是说电子燃料电池在正常运行模式中或者在维护模式中的运行可以通过控制模块来引起。
此外，该方法包括，在维护模式的第一阶段中，设定24测量电极相对于参考电极的第一电势。此外，该方法还包括：在维护模式的第二阶段中，设定26测量电极相对于参考电极的第二电势。在此，可以类似于与图1相互联系所描述的那样来执行电势的设定。
再者，维护模式可以具有两个时间段，即第一和第二时间段。第一时间段可以设置为，更新第一电极的氧化物层（比方说氧化铂层）和/或氢氧化物层（比方说氢氧化铂层）。第二时间段可以设置为，更新第二电极的氧化物层（比方说氧化铂层）和/或氢氧化物层（比方说氢氧化铂层）。这两个时间段可以分别包括第一阶段和第二阶段。换言之，该方法可以包括：通过执行第一时间段中的第一阶段和第二阶段，执行第一电极的氧化物层和/或氢氧化物层的更新。该方法可以包括：通过执行第二时间段中的第一阶段和第二阶段，执行第二电极的氧化物层和/或氢氧化物层的更新。可以任意选择时间段的顺序，也就是说第一时间段可以在时间上在第二时间段之前发生，或者第二时间段可以在时间上在第一时间段之前发生。
结合在前面或者以后（例如图1）所描述的构思或者实例，提到了该方法的更多细节和方面。该方法可以包括一个或者多个附加的可选特征，所述可选特征对应于所建议的构思或者所描述的实例的一个或者多个方面，如它们在前面或者以后已描述的那样。
至少有些实施例提出了一种用于再生燃料电池（比方说图1和/或图2的电化学燃料电池）的催化剂表面的方法，用于借助临时接通的辅助电极（第三电极）来提高对呼吸酒精的灵敏度。
在全世界都采用呼吸酒精测量仪器。这些仪器常常包含电化学燃料电池，用于测量呼吸中的乙醇含量。通过使用库仑法，可以在有精确的样品量的情况下确定受检者的呼吸酒精浓度。除了目标气体乙醇之外，这些仪器部分地也暴露于另外的物质（呼吸中的有机化合物、香烟烟雾等）。出于该原因，燃料电池可能每隔一定的时间对照已知的乙醇标准被重新校准，以便继续满足预先给定的要求。大多选择为3-12个月的校准间隔，以便保证测量***的尽可能高的精度。
本发明涉及一种方法，其中为了测量人的呼吸中的乙醇而采用的电化学燃料电池可以通过临时接通的电极而再生，使得电化学催化剂表面对呼吸中的乙醇又非常有选择性地和敏感地作出反应。
因此，实施例也提出了一种用于测量呼吸酒精的电化学燃料电池（具有测量电极和反电极的双电极传感器），该电化学燃料电池具有附加的第三辅助电极，该第三辅助电极（仅）在测量电极和/或反电极再生时被使用。
在仪器中的传感器运行时，酒精氧化的副产品以及来自环境空气的其他物质可被吸附在反电极和测量电极的铂表面上。此外，在铂表面上构造氧化物层或者氢氧化物层，该氧化物层或者氢氧化物层可能影响酒精转化。测量电极和反电极的表面可以通过如下方式来再生：氧化铂或者氢氧化铂层以电化学的方法被还原成金属，并且紧接着重新形成氧化铂或者氢氧化铂层。
通过再生电化学传感器，可以再次提高对乙醇的灵敏度，使得在有些实施形式中可以实现高的校准间隔。
由于乙醇氧化和在催化剂的表面上的氧化物和氢氧化物层的变化而不可逆地吸附副产品此外导致传感器的灵敏度下降。在某些***中，校准作为唯一的手段适用于在确定的运行时间之后保持传感器对乙醇的精度。临时接通的辅助电极可以经由再生过程更新氧化物层，并且可以从表面去除吸附的种类。通过具有附加的临时接上的辅助电极的燃料电池，可以通过催化剂层的再生而显著提高灵敏度的稳定性。这能够实现使用寿命的延长，并且与之随之而来地改进电化学***的稳定化。
为了再生反电极，传感器2例如从2电极运行被转换到3电极运行。在2电极运行中充当测量电极的电极被用作参考电极。反电极作为测量电极运行，并且附加的第三辅助电极被用作反电极。在再生运行中用作测量电极的反电极处，在为1-10分钟的时段期间设定如下电势：在所述电势的情况下，在表面上的氧化铂或氢氧化物被还原成金属。紧接着，通过极化到0mV或者也极化到另外的电势（例如-50mV、+75mV等；相对参考电极），又建立氧化物或氢氧化物层。此后，第三辅助电极又被切断，并且传感器为了进一步测量酒精而作为具有2个电极的燃料电池进一步运行。
为了使测量电极再生，传感器从2电极运行被转换到3电极运行。在2电极运行中充当反电极的电极被用作参考电极。测量电极进一步作为测量电极运行，并且附加的第三辅助电极被用作反电极。在为1-10分钟的时段期间，在测量电极处设定如下电势：在所述电势的情况下，在表面上的氧化铂或氢氧化物被还原成金属。紧接着，通过极化到0mV或者也极化到另外的电势（例如-50mV、+75mV等；相对参考电极），又建立氧化物或氢氧化物层。此后，第三辅助电极又被切断，并且传感器为了进一步测量酒精而作为具有2个电极的燃料电池进一步运行。
在仪器中运行期间，该***可以作为具有对乙醇的高敏感性和选择性的已知的燃料电池***运行。不同于所有另外的安培计***，在2电极***的情况下不持续地运行辅助电极（第三电极）。
此外，校准可以每隔一定的时间进行，因为要定期地利用标准来调整。但是，这些电池在实施例中在此将明显更长地保持稳定。
本公开集中于铂电极的活性和灵敏度的恢复。
替选地，3电极酒精传感器的测量电极也可以再生。在为1-10分钟的时段期间，在测量电极处设定如下电势：在所述电势的情况下，在表面上的氧化铂或氢氧化物被还原成金属。紧接着，通过极化到0mV或者也极化到另外的电势（例如-50mV、+75mV等；相对参考电极），又建立氧化物或氢氧化物层。
与一个或者多个在前面详细说明的实例和附图一起描述的方面和特征也可以与另外的实例中的一个或者多个相组合，以便替换另外的实例的相同特征，或者以便附加地将该特征引进到另外的实例中。
应理解的是，只要未明确地或者暗含地（例如出于技术原因）以其他方式来说明，在说明书或者权利要求中公开的多个步骤、过程、操作或者功能的公开就不应被解释为处于确定的顺序。因而，这些步骤、过程、操作或者功能通过多个步骤或者功能的公开并不限于确定的顺序，除非这些步骤或者功能出于技术原因是不可互换的。此外，在数个实例中，单个步骤、功能、过程或者操作可以包括多个子步骤、子功能、子过程或者子操作在内和/或被拆成多个子步骤、子功能、子过程或者子操作。只要未明确排除这些子步骤，这种子步骤就可以包括在内并且是该单个步骤的公开内容的部分。
此外，接下来的权利要求特此纳入详细说明的描述中，在那里每项权利要求都可以作为分开的实例而代表自己。在每项权利要求都可以作为分开的实例而代表自己期间，要注意的是，尽管从属权利要求在权利要求书中可能涉及与一个或者多个另外的权利要求的确定的组合，但是另外的实例也可以包括该从属权利要求与任何另外的从属或者独立权利要求的主题的组合。这里明确地建议这种组合，只要未说明不计划确定的组合。此外，一个权利要求的特征对于任何另外的权利要求也要包含在内，即使该权利要求并不直接地从属于该独立权利要求也如此。
Claims (12)
1.一种用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池（10），所述电化学燃料电池包括第一电极（1）、第二电极（2）和第三电极（3），
其特征在于，
所述第一电极（1）设置为，在所述电化学燃料电池的正常运行模式中被用作测量电极，并且在所述电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极，
所述第二电极（2）设置为，在所述电化学燃料电池的所述正常运行模式中被用作反电极，并且在所述电化学燃料电池的所述维护模式中被用作测量电极或者参考电极，和
所述第三电极（3）设置为，在所述电化学燃料电池的所述维护模式中被用作反电极。
2.根据权利要求1所述的电化学燃料电池，其中，所述电化学燃料电池（10）在所述正常运行模式中是基于双电极的电化学燃料电池，其中所述第三电极（3）设置为，在所述正常运行模式中保持未使用。
3.根据权利要求1所述的电化学燃料电池，其中，所述电化学燃料电池（10）在所述正常运行模式中是基于三电极的电化学燃料电池，其中所述第三电极（3）在所述正常运行模式中设置为，被用作参考电极。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学燃料电池，此外包括控制模块（4），其中所述控制模块构造为，以便在所述维护模式的第一阶段中设定所述测量电极相对于所述参考电极的第一电势，并且其中所述控制模块构造为，以便在所述维护模式的第二阶段中设定所述测量电极相对于所述参考电极的第二电势。
5.根据权利要求4所述的电化学燃料电池，其中，所述第一电极（1）和所述第二电极（2）具有铂表面，其中所述第一电势适合于，将在所述第一电极（1）或者所述第二电极（2）的所述铂表面上的氧化铂层和/或氢氧化铂层至少部分地还原成铂，其中所述第二电势适合于，以便在所述第一电极（1）或者所述第二电极（2）的所述铂表面上再生氧化铂层和/或氢氧化铂层。
6.根据权利要求4或者5中任一项所述的电化学燃料电池，其中，所述维护模式具有第一时间段，所述第一时间段设置为，更新所述第一电极（1）的氧化铂层和/或氢氧化铂层，并且其中所述维护模式具有第二时间段，所述第二时间段设置为，更新所述第二电极（2）的氧化铂层和/或氢氧化铂层，其中这两个时间段分别包括所述第一阶段和所述第二阶段。
7.根据权利要求6所述的电化学燃料电池，其中，所述第一电极（1）设置为，在所述维护模式的所述第一时间段中被用作测量电极，并且在所述维护模式的所述第二时间段中被用作参考电极，其中所述第二电极（2）设置为，在所述维护模式的所述第一时间段中被用作参考电极，并且在所述维护模式的所述第二时间段中被用作测量电极。
8.根据权利要求6或者7中任一项所述的电化学燃料电池，其中，所述第一时间段在时间上在所述第二时间段之前发生，或者其中所述第二时间段在时间上在所述第一时间段之前发生。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的电化学燃料电池，其中，所述第一阶段持续在1分钟到10分钟之间。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的电化学燃料电池，其中，所述第一电势在-400mV到-700mV之间，和/或其中所述第二电势在-100mV到+100mV之间。
11.一种呼吸酒精测量仪器（100），其包括根据前述权利要求中任一项所述的电化学燃料电池。
12.一种用于维护用于测量人的呼吸中的乙醇的电化学燃料电池的方法（20），其中所述电化学燃料电池包括第一电极、第二电极和第三电极，
其中所述第一电极设置为，在所述电化学燃料电池的正常运行模式中被用作测量电极，并且在所述电化学燃料电池的维护模式中被用作测量电极或者参考电极，
其中所述第二电极设置为，在所述电化学燃料电池的所述正常运行模式中被用作反电极，并且在所述电化学燃料电池的所述维护模式中被用作测量电极或者参考电极，
其中所述第三电极设置为，在所述电化学燃料电池的所述维护模式中被用作反电极，
所述方法包括：
使所述电化学燃料电池交替地在所述正常运行模式中或者在所述维护模式中运行（22），
在所述维护模式的第一阶段中，设定（24）所述测量电极相对于所述参考电极的第一电势；和
在所述维护模式的第二阶段中，设定（26）所述测量电极相对于所述参考电极的第二电势。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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