[发明专利]一种固体氧化物电解池高温电化学性能测试装置

说明书

技术领域

本发明属于电化学测试领域，适用于高温固体氧化物单体电解池及其组成材料的电化学性能测试。

背景技术

高温固体氧化物电解池是一种高效、低污染的能量转换装置，利用其电解水蒸汽制氢是目前能源领域的热点研究课题，具有广阔的发展前景。电解池及相关材料的测试对于高温蒸汽电解制氢技术的研究具有重要的推动作用。但是高温固体氧化物电解池测试一般涉及高温、高湿、强氧化或强还原气氛条件，对测试装置的稳定性、密封性的要求很高，采用普通的电化学测试台架很难实现，限制了高温蒸汽电解制氢技术的进一步发展。因此，需要开发针对高温固体氧化物电解池及相关材料的适用于高温、复杂的强氧化或强还原气氛下操作的测试实验装置。

在对固体氧化物电解池进行高温电化学性能测试时关键要解决：(1)确保装置在测量过程中的稳定性，为了尽可能使测试的温度、气氛、压力条件与材料的工作环境接近，需要对测量的气氛进行精确控制。(2)满足在这种高温和高湿条件下长期稳定运行的要求。由于固体氧化物材料的工作温度一般较高(600～1000℃)，因此一般金属材料难以满足要求，材料测试气氛室需要采用稳定性好和耐腐蚀性好的陶瓷材料。(3)目前已有报道的高温下材料电化学测试装置通常采用银导线，由于银的熔点较低容易渗透造成测量不准确，限制其测量的温度范围较低(最高测试温度700℃)。

发明内容：

本发明提出了一种固体氧化物电解池高温电化学性能测试装置，既可用于高温固体氧化物单体电解池的性能测试，又可用于新型高温固体氧化物材料的电化学性能的研究和评价，对于高温固体氧化物电解池的发展具有重要的意义。

本发明的技术方案如下：

一种固体氧化物电解池高温电化学性能测试装置，其特征在于：该装置包括高温炉，设置在高温炉内的耐高温陶瓷管，以及设置在耐高温陶瓷管内的材料测试支架、温度传感器探头和氧传感器探头；在所述的耐高温陶瓷管的一端设有固定材料测试支架的测试端密封法兰，另一端设有固定温度传感器探头和氧传感器探头的气氛控制端密封法兰；所述的材料测试支架包括陶瓷支撑管，在该支撑管周围均匀设置的至少两根多孔陶瓷管，在每根多孔陶瓷管内穿有测量导线；所述的测试端密封法兰分别与耐高温陶瓷管和材料测试支架密封连接，并在测试端密封法兰上设有进气管；所述的气氛控制端密封法兰分别与耐高温陶瓷管、温度传感器探头和氧传感器探头密封连接，并在气氛控制端密封法兰上设有出气管。

上述技术方案中，所述的测试端密封法兰与耐高温陶瓷管的密封连接采用螺栓和密封垫圈密封；测试端密封法兰与材料测试支架的密封连接采用耐火纤维棉和密封胶密封；所述的气氛控制端密封法兰与耐高温陶瓷管的密封连接采用螺栓和密封垫圈密封；所述的气氛控制端密封法兰与温度传感器探头和氧传感器探头密封连接采用耐火纤维棉和密封胶密封；所述材料测试支架的测量导线为铂丝。

本发明还提供了第二种固体氧化物电解池高温电化学性能测试装置，其特征在于：该装置包括高温炉，设置在高温炉内的耐高温陶瓷管，以及设置在耐高温陶瓷管内的电解池测试支架、温度传感器探头和氧传感器探头；在所述的耐高温陶瓷管的一端设有固定电解池测试支架的测试端密封法兰，另一端设有固定温度传感器探头和氧传感器探头的气氛控制端密封法兰；所述的电解池测试支架包括电解池陶瓷支撑管，封接在电解池陶瓷支撑管一端的气路接头，封接在电解池陶瓷支撑管另一端的单体电解池片，在电解池陶瓷支撑管周围均匀设置的两根单孔陶瓷管，在每根单孔陶瓷管内穿有电极测量导线，在气路接头上设置有电解池进气管和电解池出气管；所述的测试端密封法兰分别与耐高温陶瓷管和电解池测试支架密封连接，并在测试端密封法兰上设有进气管；所述的气氛控制端密封法兰分别与耐高温陶瓷管、温度传感器探头和氧传感器探头密封连接，并在气氛控制端密封法兰上设有出气管。

在上述第二种技术方案中，所述的测试端密封法兰与耐高温陶瓷管的密封连接采用螺栓和密封垫圈密封；测试端密封法兰与电解池测试支架的密封连接采用耐火纤维棉和密封胶密封；所述的气氛控制端密封法兰与耐高温陶瓷管的密封连接采用螺栓和密封垫圈密封；所述的气氛控制端密封法兰与温度传感器探头和氧传感器探头密封连接采用耐火纤维棉和密封胶密封；所述的气路接头与电解池陶瓷支撑管之间采用密封胶密封；所述的单体电解池片与电解池陶瓷支撑管之间采用高温陶瓷密封剂封接；所述电解池测试支架的电极测量导线为铂丝。