CN205406637U - 一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具 - Google Patents

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邓忠华
阚群
阚一群
蒲健
林玻
池波
庞海舰
曾远森
卢腾龙
王亚欢
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Abstract

本实用新型涉及一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，包括石英玻璃外管及三明治电池夹具；石英玻璃外管的两端分别设有外管密封塞；外管密封塞上分别插设有进气陶瓷内管和出气陶瓷内管。本实用新型的有益效果是：通过将传统电极密封胶密封方式改变成为气室密封方式，能防止拆装过程中密封胶对电池结构的破坏，保持电池测试后的结构完整性；三明治电池夹具改善了测试过程中的不稳定性，增强了集流层和阴极的接触性，并且具有可在各种形状的管式炉中使用的灵活性；且能够轻易实现金属连接体Cr毒化阴极实验中的金属连接体与阴极直接或间接接触的快速切换。

Description

一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具
技术领域
本实用新型涉及一种测试夹具，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)是高效清洁的电化学发电装置，金属连接体是SOFC电堆的重要组成部分之一。通用的Fe-Cr基金属连接体合金在SOFC工作温度下会发生Cr挥发现象，气态Cr物质与阴极材料反应导致阴极性能衰减。而Cr毒化阴极机理将为解决阴极Cr毒化，减缓电堆性能衰减提供巨大的理论基础，因此对阴极Cr毒化机理的研究迫在眉睫。Cr毒化阴极现象最直接表现为阴极电化学性能的急速衰减。将电池简化为小面积半电池或对称电池结构，并且模拟电堆各项环境下进行电化学测试成为研究阴极Cr毒化工作者们常用的方法。电化学工作站进行电化学测试时主要用三电极法，主要包括工作电极、对电极以及参比电极。参比电极的作用是在测量过程中提供一个稳定的电极电位，在Cr蒸汽环境下，工作电极对Cr的存在异常敏感，工作电极和对电极的电极电位在测试过程中会发生变化，为了确切掌握工作电极电位，我们就必须有一个在测试过程中电极电位恒定的电极作为参比。在三电极体系中，存在两个回路：电压回路(WE-RE)和电流回路(WE-CE)，从而实现了足够的测量精度，并且可以同时测量极化电流和极化电位。图1～图5中展示了两种常用的半电池结构图，尺寸以及结构不同，但是测试效果没有差别。因此我们需要设计一种可以通用的Cr毒化阴极电化学测试夹具，实现更简易，更精确的电化学测试。
一般而言，电池测试夹具需要满足一些基本条件：良好的气体供应；可靠的密封性(对于不同氧分压测试极为重要)；有效集流并且防止各个线路短路现象；便于装配电池等。目前电池测试夹具存在以下缺陷：大部分必须局限于立式炉中使用；夹具使用部分重力实现电池与集流材料的接触，此种接触存在接触不良，压力过大导致高温下电池容易破碎，以及应力不均匀等问题，造成电池测试重复性，稳定性低；电池密封必须依靠高温胶，而取出电池时砸碎高温胶势必造成电池结构的破坏，因此导致后续表面微观结构分析受限；更重要的是在进行Cr毒化测试时，金属连接体无法在直接与间接和阴极接触结构上进行方便而快捷的替换。综上所述，现阶段电池测试夹具还需要很大的改进。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，解决现有电池测试夹具使用环境受限制、接触不良、电池后续表面微观结构分析受限、进行Cr毒化测试时金属连接体无法直接或间接和阴极接触结构上进行方便而快捷的替换的问题，其具有可在立式与卧式中通用、电极与集流材料层接触性强、良好的气密性、能够在测试后保持电池结构完整性，能够实现金属连接体直接或间接与阴极接触快速切换的特点。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下，一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，包括两端为开口结构的石英玻璃外管及设于所述石英玻璃外管内的三明治电池夹具；所述石英玻璃外管的两端分别设有用于堵住其开口的外管密封塞；两端的所述外管密封塞上分别插设有连通所述石英玻璃外管内外的进气陶瓷内管和出气陶瓷内管；所述进气陶瓷内管用于往所述石英玻璃外管内导入气体；所述出气陶瓷内管用于从所述所述石英玻璃外管内导出气体；
所述三明治电池夹具包括相对设置的上夹板和下夹板，及用于调节所述上夹板与所述下夹板之间距离的限位高温陶瓷螺丝，所述三明治电池夹具还包括设于所述上夹板与所述下夹板之间的工作电极集流层、对电极集流层和环形参比电极集流层；所述工作电极集流层的上端面与所述上夹板的下端面接触；所述对电极集流层设于所述参比电极集流层的环形内，且所述对电极集流层和所述参比电极集流层的下端面与所述下夹板的上端面接触；还包括与工作电极集流层连通的工作电极导线、与对电极集流层连通的对电极导线、与参比电极集流层连通的参比电极导线；所述工作电极导线、电极导线及参比电极导线的另一端分别穿过所述外管密封塞。
进一步地，还包括金属连接体；所述金属连接体设于所述上夹板的上端面；或所述金属连接体设于所述上夹板与所述工作电极集流层之间且与所述工作电极集流层的上端面接触。
优选地，所述上夹板上设有轴心垂直于上夹板的板面的通孔；所述通孔的孔径小于所述金属连接体的外径。
进一步地，所述工作电极集流层、对电极集流层和环形参比电极集流层为铂网或金网构成。
可选地，所述进气陶瓷内管有两个；所述出气陶瓷内管有两个；所述进气陶瓷内管、所述出气陶瓷内管分别与两个所述外管密封塞固定。
优选地，所述进气陶瓷内管伸入所述石英玻璃外管的长度大于所述出气陶瓷内管伸入所述石英玻璃外管的长度。
本实用新型的有益效果是：通过将传统电极密封胶密封方式改变成为气室密封方式，能防止拆装过程中密封胶对电池结构的破坏，保持电池测试后的结构完整性；三明治电池夹具改善了测试过程中的不稳定性，增强了集流层和阴极的接触性，并且具有可在各种形状的管式炉中使用的灵活性；且能够轻易实现金属连接体Cr毒化阴极实验中的金属连接体与阴极直接或间接接触的快速切换。
附图说明
图1为本实用新型背景技术中所述的一种常用尺寸和结构的三电极电池示意图；
图2为图1的俯视示意图；
图3为图1的仰视示意图；
图4为本实用新型背景技术中所述的另一种常用尺寸和结构的三电极电池示意图；
图5为图4的俯视示意图；
图6为本实用新型结构示意图；
图7为本实用新型三明治电池夹具的剖视结构示意图；
图8为图7中A-A面剖视示意图；
图9为本实用新型三明治电池夹具另一实施例的剖视结构示意图；
图10为图9中B-B面剖视示意图；
图中1，工作电极；2，对电极；3，参比电极；4，电解质；5，石英玻璃外管；6，三明治电池夹具；61，上夹板；62，下夹板；63，限位高温陶瓷螺丝；64，工作电极集流层；65，对电极集流层；66，参比电极集流层；67，工作电极导线；68，对电极导线；69，参比电极导线；7，外管密封塞；8，进气陶瓷内管；9，出气陶瓷内管；10,金属连接体；11，电池。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图6～图10所示，一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，包括两端为开口结构的石英玻璃外管5及设于石英玻璃外管5内的三明治电池夹具6；石英玻璃外管5的两端分别设有用于堵住其开口的外管密封塞7；两端的外管密封塞7上分别插设有连通石英玻璃外管5内外的进气陶瓷内管8和出气陶瓷内管9；进气陶瓷内管8用于往石英玻璃外管5内导入气体；出气陶瓷内管9用于从石英玻璃外管5内导出气体；
三明治电池夹具6包括相对设置的上夹板61和下夹板62，及用于调节上夹板61与下夹板62之间距离的限位高温陶瓷螺丝63，三明治电池夹具6还包括设于上夹板61与下夹板62之间的工作电极集流层64、对电极集流层65和环形参比电极集流层66；工作电极集流层64的上端面与上夹板61的下端面接触；对电极集流层65设于参比电极集流层66的环形内，且对电极集流层65和参比电极集流层66的下端面与下夹板62的上端面接触；还包括与工作电极集流层64连通的工作电极导线67、与对电极集流层65连通的对电极导线68、与参比电极集流层66连通的参比电极导线69；工作电极导线67、电极导线及参比电极导线69的另一端分别穿过外管密封塞7。
上夹板61上设有轴心垂直于上夹板61的板面的通孔；通孔的孔径小于金属连接体10的外径。
工作电极集流层64、对电极集流层65和环形参比电极集流层66为铂网或金网构成。
进气陶瓷内管8有两个；出气陶瓷内管9有两个；进气陶瓷内管8、出气陶瓷内管9分别与两个外管密封塞7固定。
进气陶瓷内管8伸入石英玻璃外管5的长度大于出气陶瓷内管9伸入石英玻璃外管5的长度。
如图7、图8所示，还包括金属连接体10；金属连接体10设于上夹板61的上端面；如图9、图10所示，金属连接体10设于上夹板61与工作电极集流层64之间且与工作电极集流层64的上端面接触。
本实用新型的使用方法或原理如下
使用时，将电池11的对电极端正对于对电极集流层65放置于对电极集流层65上，再将工作电极集流层64正对电池的另一端面；若需要直接接触实验，则将金属连接体10置于工作电极集流层64的上端面；若需要间接接触实验，则将金属连接体10置于上夹板61的上端面；若只需要单纯的电极测试，则无需放置金属连接体10；再通过旋转限位高温陶瓷螺丝63使得上夹板61与下夹板62夹紧固定，保证各电极的完美接触；然后将各对应导线相连即可构成测试回路；再将三明治电池夹具6放置于石英玻璃外管5中，塞上外管密封塞7进行密封；最后将整个夹具***放置于炉中，调整其在炉中位置，完成装配。若测试炉为立式的，则只需将石英玻璃外管5竖立起来，下端用普通夹具支架固定即可使用，立式使用时，两个进气陶瓷内管8可以对三明治电池夹具6起支撑作用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，其特征在于：包括两端为开口结构的石英玻璃外管(5)及设于所述石英玻璃外管(5)内的三明治电池夹具(6)；所述石英玻璃外管(5)的两端分别设有用于堵住其开口的外管密封塞(7)；两端的所述外管密封塞(7)上分别插设有连通所述石英玻璃外管(5)内外的进气陶瓷内管(8)和出气陶瓷内管(9)；所述进气陶瓷内管(8)用于往所述石英玻璃外管(5)内导入气体；所述出气陶瓷内管(9)用于从所述所述石英玻璃外管(5)内导出气体；
所述三明治电池夹具(6)包括相对设置的上夹板(61)和下夹板(62)，及用于调节所述上夹板(61)与所述下夹板(62)之间距离的限位高温陶瓷螺丝(63)，所述三明治电池夹具(6)还包括设于所述上夹板(61)与所述下夹板(62)之间的工作电极集流层(64)、对电极集流层(65)和环形参比电极集流层(66)；所述工作电极集流层(64)的上端面与所述上夹板(61)的下端面接触；所述对电极集流层(65)设于所述参比电极集流层(66)的环形内，且所述对电极集流层(65)和所述参比电极集流层(66)的下端面与所述下夹板(62)的上端面接触；还包括与工作电极集流层(64)连通的工作电极导线(67)、与对电极集流层(65)连通的对电极导线(68)、与参比电极集流层(66)连通的参比电极导线(69)；所述工作电极导线(67)、电极导线及参比电极导线(69)的另一端分别穿过所述外管密封塞(7)。
2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，其特征在于：还包括金属连接体(10)；所述金属连接体(10)设于所述上夹板(61)的上端面；或所述金属连接体(10)设于所述上夹板(61)与所述工作电极集流层(64)之间且与所述工作电极集流层(64)的上端面接触。
3.根据权利要求2所述的一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，其特征在于：所述上夹板(61)上设有轴心垂直于上夹板(61)的板面的通孔；所述通孔的孔径小于所述金属连接体(10)的外径。
4.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，其特征在于：所述工作电极集流层(64)、对电极集流层(65)和环形参比电极集流层(66)为铂网或金网构成。
5.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，其特征在于：所述进气陶瓷内管(8)有两个；所述出气陶瓷内管(9)有两个；所述进气陶瓷内管(8)、所述出气陶瓷内管(9)分别与两个所述外管密封塞(7)固定。
6.根据权利要求5所述的一种固体氧化物燃料电池的电化学测试夹具，其特征在于：所述进气陶瓷内管(8)伸入所述石英玻璃外管(5)的长度大于所述出气陶瓷内管(9)伸入所述石英玻璃外管(5)的长度。
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