CN210243559U

CN210243559U - 电化学测试装置

Info

Publication number: CN210243559U
Application number: CN201920813541.4U
Authority: CN
Inventors: Zhongqi Wang; 王中奇; Kai Xie; 谢凯; Xiling Shi; 史曦伶; Jingyao Sun; 孙璟耀; Dafei Li; 李大飞
Original assignee: Suzhou Tianji Innovation Nano Technology Co ltd
Current assignee: Qingdao chuangqixinneng Catalysis Technology Co., Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-04-03
Anticipated expiration: 2029-05-31

Abstract

本申请公开了一种电化学测试装置，通过耐电解液性的绝缘材料形成通道，工作电极在通道壁上，通过嵌入1个或多个工作电极，在工作电极正方上通过毛细管并连接到参比电极，工作电极的下游设置对电极，形成基于渠流技术的高通量三电极电化学分析测试***。本实用新型测试装置通过构成检测通道，类似于微流控芯片，可以大大减小体积、降低成本。

Description

电化学测试装置

技术领域

本申请涉及一种电化学测试装置，特别适用于氢燃料电池催化剂的性能测试。

背景技术

氢燃料电池是一项绿色、高效、适用性广泛的能源转换技术。最重要的应用燃料电池汽车(FCV)，以其能量密度高、续航里程长、零污染排放且加氢方便等突出优势，被喻为“新能源汽车的终极解决方案”。其能量转换效率高理论值可以达到80％左右，远高于内燃机。此外，氢燃料电池还具备零排放、无污染、噪声低等优点，工作过程中，反应物氢气和氧化物分别在两个电极发生电化学反应，产物只有电能微和水，将极大地减缓CO₂等温室气体排放的重大环境问题。

催化剂是燃料电池汽车核心部件电堆中最关键的材料。催化剂在开发初期，需要进行严密的性能测试，包括半电池halfcell，来判断催化剂的比活性，比表面积和质量活性，作为对催化剂初始性能的表征是一个比较重要的步骤。

现有技术中，常用的催化剂性能测试是通过RDE(旋转圆盘电极)方法，旋转圆盘电极测试是通过将电极伸入电解液中并旋转，盘电极正下方的电解液向外流动，同时沿盘电极的平面形成涡流，新鲜的电解液垂直于盘电极方向供给电极表面，消除浓差极化，从而获得比较准确的电化学测量数据。

然而，RDE测试至少存在以下一些问题：

1、设备较大，器件较多；

2：随反应进行电解液有一定的污染；

3、同时只能进行一个电极测试；

4、电刷的存在，使得有一定的电化学噪音；

5、测试环境温度较低，不能模拟类似燃料电池工作时的温度；

6、电解液不易于更换。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电化学测试装置，以克服现有技术中体积大、有电化学噪音、电解液难更换等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种电化学测试装置，，包括：

基体，形成有渠流通道；

进液口和出液口，分别连通于所述渠流通道的两端；以及

与所述渠流通道作用的三电极体系。

优选的，在上述的电化学测试装置中，所述三电极体系包括：

工作电极和参比电极，分别连通于所述渠流通道的两侧；

对电极，设置于工作电极和出液口之间，其一端延伸至所述渠流通道内。

优选的，在上述的电化学测试装置中，所述基体上开设有与所述渠流通道连通的第一插孔，

所述工作电极模块化设置，并配合于所述第一插孔内。

优选的，在上述的电化学测试装置中，所述基体上开设有第一通道和参比电极通道，所述毛细通道连通于所述渠流通道和参比电极通道之间。

优选的，在上述的电化学测试装置中，所述基体上开设有与所述渠流通道连通的第二插孔，所述对电极配合插置于所述第二插孔内。

优选的，在上述的电化学测试装置中，所述出液口和渠流通道之间连接有第二通道，

所述第二通道和第二插孔分别位于所述渠流通道的两侧，

所述对电极的末端延伸至所述第二通道内。

优选的，在上述的电化学测试装置中，每个所述工作电极分别包括由两个玻碳电极组成的双电极。

优选的，在上述的电化学测试装置中，所述基体包括第一基板和第二基板，所述渠流通道形成于所述第一基板和第二基板之间。

优选的，在上述的电化学测试装置中，所述渠流通道沿水平方向延伸。

优选的，在上述的电化学测试装置中，所述基体采用聚四氟乙烯或者丙烯酸树脂材质。

与现有技术相比，本实用新型的优点至少包括：本实用新型测试装置通过构成检测通道，类似于微流控芯片，可以大大减小体积、降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本实用新型具体实施例中电化学测试装置的结构示意图；

图2所示为本实用新型具体实施例中第二基板的俯视图；

图3所示为本实用新型具体实施例中工作电极的结构示意图；

图4所示为本实用新型具体实施例中第一基板的俯视图。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本实用新型。本文中揭示本实用新型的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本实用新型的示范性，本实用新型可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本实用新型的代表性基础。

结合图1所示，电化学测试装置包括基体，基体由具有耐电解液性质的绝缘耐腐蚀材料构成，例如聚四氟乙烯或者丙烯酸树脂。

在一实施例中，基体包括上下叠加设置的第一基板10和第二基板20，第一基板10和第二基板20面接触，且第一基板10和第二基板20之间围成一渠流通道21，渠流通道21在水平面内延伸。

第一基板10和第二基板20之间可以通过螺栓紧固，也可以通过胶粘方式连接。

在一实施例中，第一基板10和第二基板20的厚度为30mm左右，渠流通道21的高度为0.5mm左右。

结合图2所示，渠流通道21凹设形成于第二基板20的顶面，第一基板10与渠流通道21的四周表面贴合形成密封。

进一步地，第二基板20的两端还分别开设有进液口22和出液口23，进液口22和出液口23分别与渠流通道21连通。

在一实施中，进液口22和渠流通道21之间连通有通道24，其中，进液口沿水平方向延伸，通道24沿竖直方向延伸，进液口22位于渠流通道21的下方。

该技术方案中，进液口22用于与外部的蠕动泵连通，通过蠕动泵可以不断泵入流动的电解液。为了方便与外部连接，进液口22设置为螺纹孔。

该技术方案中，渠流通道21优选为扁平形状的通道，进液口和出液口之间形成流动的电解液，在电解液稳定流动的情况下实现电化学测试，这样不仅可以消除浓度差，而且设备体积小，电解液不容易产生污染，可以进行多个电极测试，无电化学噪音，而且电解液可以更换。

在一实施中，出液口23和渠流通道21之间连通有通道25，其中，出液口23沿水平方向延伸，通道25沿竖直方向延伸，出液口23位于渠流通道21的下方。

该技术方案中，出液口23用于液体的流出，为了方便与外部连接，出液口23设置为螺纹孔。

易于想到的是，渠流通道21也可以形成于第一基板10的下表面。

在其他实施例中，基体也可以一体成型，渠流通道自基体端面开设于基体内部，也可以开设于基体表面。

基体上还设置有电化学检测的三电极体系。该三电极体系包括工作电极30、参比电极(图未示)和对电极40。

结合图3所示，工作电极30模块化设置，构成一整体，每个工作电极30分别包括两个玻碳电极31组成的双电极。

在优选的实施例中，玻碳电极的长边与工作电极的长边平行，两个玻碳电极间相距6mm，玻碳电极两边距离两边3mm，玻碳电极上方通过导线或者Cu柱引出。

结合图4所示，第一基板10上开设有至少一个插孔11，每个插孔11内分别配合设置一个工作电极30。

该技术方案中，由于工作电极30模块化，可以方便实现快速更换。

第一基板10上插孔的数量或工作电极的数量可以根据实际需要进行设置。

继续结合图1和图2所示，第二基板20上开设有通道26和参比电极通道27。其中，通道26连通于渠流通道21和参比电极通道27之间，参比电极通道27用于参比电极的盐桥的连接。

在一实施例中，为了方便与外部的连接和密封，参比电极通道27的开口处设置为螺纹孔。

进一步地，通道26沿竖直方向延伸，且对应于插孔11的正下方，参比电极通道27沿水平方向延伸。

结合图4所示，第一基板10上开设有插孔12，插孔12内配合设置有对电极40。

进一步地，对电极40的末端延伸至通道25内。

在优选的实施例中，对电极40采用Pt片。

在一应用例中，本案的电化学测试装置可以用于催化剂性能测试，适用于氢燃料电池领域。

实施例1

第一基板10由一个矩形板150*70*30mm构成，在矩形板中心靠右侧有一个矩形贯穿开口(插孔)11，用于放置模块化的工作电极30，工作电极30右侧有一个贯穿开孔12，正对通道25中心，开孔12是对电极40的放置孔。

第二基板20由一个矩形板150*70*30mm构成，在矩形板顶面的中心有个120*20*0.5mm的开槽，形成电解液流动的渠流通道21，在第二基板20的左右两侧中心有个1/4-28的螺纹孔22(进液口)、23(出液口)，孔深15mm。在开槽21左右两侧分别有个2mm的矩形开槽24、25，槽深与螺纹孔22、23最底端一致，螺纹孔22为电解液的进口，螺纹孔23为电解液的出口。在渠流通道21中心右侧有个正对工作电极的1mm毛细开孔26，第二基板20上还有个1/4-28螺纹孔27与毛细开孔26相通，与参比电极的盐桥相连。

工作电极30主体由聚四氟乙烯或者丙烯酸树脂构成，该材料为耐电解液性质的绝缘耐腐蚀材料。

第一基板10和第二基板20通过一系列贯穿螺栓(未示出)和螺母彼此拧紧，两个基板之间面贴合。

工作电极30的底面嵌入两个玻碳电极，玻碳电极的长边与工作电极的长边平行，两个玻碳电极间相距6mm，玻碳电极两边距离两边3mm，玻碳上方通过导线或者Cu柱引出，两个玻碳电极组成的双电极。

玻碳电极尺寸为4*1*3mm。

对电极采用Pt片对电极。

综上所述，本实用新型通过耐电解液性的绝缘材料形成通道，工作电极在通道壁上，通过嵌入1个或多个工作电极，在工作电极正方上通过毛细管并连接到参比电极，工作电极的下游设置对电极，形成基于渠流技术的高通量三电极电化学分析测试***。其至少包括优点：

1、工作电极模块化，易于电极的更换、打磨，跳了测试效率；

2、通过蠕动泵不断泵入，使得电极表面一直有新鲜电解液，且电解液可以通过蠕动泵切换不同溶液进行快速更换电解液的目的；

3、因为没有RDE旋转圆盘电刷的存在，相关电化学噪音减小，可以检测到更微小的电流；

4、没有了旋转设备，使得该测试***更加小巧，成本降低。

本实用新型的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本实用新型，本实用新型的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本实用新型的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本申请案中标题及章节的使用不意味着限制本实用新型；每一章节可应用于本实用新型的任何方面、实施例或特征。

在本申请案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本实用新型教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本实用新型教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

在本申请案中，在将元件或组件称为包含于及/或选自所叙述元件或组件列表之处，应理解，所述元件或组件可为所叙述元件或组件中的任一者且可选自由所叙述元件或组件中的两者或两者以上组成的群组。此外，应理解，在不背离本实用新型教示的精神及范围的情况下，本文中所描述的组合物、设备或方法的元件及/或特征可以各种方式组合而无论本文中是明确说明还是隐含说明。

除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

除非另外具体陈述，否则本文中单数的使用包含复数(且反之亦然)。此外，除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一(a、an)”及“所述(the)”包含复数形式。另外，在术语“约”的使用在量值之前之处，除非另外具体陈述，否则本实用新型教示还包括特定量值本身。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本实用新型教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

应理解，本实用新型的各图及说明已经简化以说明与对本实用新型的清楚理解有关的元件，而出于清晰性目的消除其它元件。然而，所属领域的技术人员将认识到，这些及其它元件可为合意的。然而，由于此类元件为此项技术中众所周知的，且由于其不促进对本实用新型的更好理解，因此本文中不提供对此类元件的论述。应了解，各图是出于图解说明性目的而呈现且不作为构造图式。所省略细节及修改或替代实施例在所属领域的技术人员的范围内。

可了解，在本实用新型的特定方面中，可由多个组件替换单个组件且可由单个组件替换多个组件以提供一元件或结构或者执行一或若干给定功能。除了在此替代将不操作以实践本实用新型的特定实施例之处以外，将此替代视为在本实用新型的范围内。

尽管已参考说明性实施例描述了本实用新型，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本实用新型的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本实用新型的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本实用新型的教示。因此，本文并不打算将本实用新型限制于用于执行本实用新型的所揭示特定实施例，而是打算使本实用新型将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims

1.一种电化学测试装置，其特征在于，包括：

基体，形成有渠流通道；

进液口和出液口，分别连通于所述渠流通道的两端；以及

与所述渠流通道作用的三电极体系。

2.根据权利要求1所述的电化学测试装置，其特征在于，所述三电极体系包括：

工作电极和参比电极，分别连通于所述渠流通道的两侧；

3.根据权利要求2所述的电化学测试装置，其特征在于，所述基体上开设有与所述渠流通道连通的第一插孔，

所述工作电极模块化设置，并配合于所述第一插孔内。

4.根据权利要求2所述的电化学测试装置，其特征在于，所述基体上开设有第一通道和参比电极通道，所述第一通道连通于所述渠流通道和参比电极通道之间。

5.根据权利要求2所述的电化学测试装置，其特征在于，所述基体上开设有与所述渠流通道连通的第二插孔，所述对电极配合插置于所述第二插孔内。

6.根据权利要求5所述的电化学测试装置，其特征在于，所述出液口和渠流通道之间连接有第二通道，

所述第二通道和第二插孔分别位于所述渠流通道的两侧，

所述对电极的末端延伸至所述第二通道内。

7.根据权利要求2所述的电化学测试装置，其特征在于，每个所述工作电极分别包括由两个玻碳电极组成的双电极。

8.根据权利要求1所述的电化学测试装置，其特征在于，所述基体包括第一基板和第二基板，所述渠流通道形成于所述第一基板和第二基板之间。

9.根据权利要求1所述的电化学测试装置，其特征在于，所述渠流通道沿水平方向延伸。

10.根据权利要求1所述的电化学测试装置，其特征在于，所述基体采用聚四氟乙烯或者丙烯酸树脂材质。