[实用新型]一种粉体材料电导率与膜电极阻抗的测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测试材料性能的装置，特别是涉及一种粉体材料电导率与膜电极阻抗的测试装置。 

背景技术

目前兼具电子、质子电导性的混合荷电粉体材料，由于其能显著优化质子交换膜燃料电池、水电解池膜电极的电子、质子通道传输能力，进而改善界面反应特性，被大量研究者用于催化层修饰材料、催化剂载体材料。其中粉体材料的电子、质子电导率性能的测量是评价粉体材料应用过程中不可或缺的物性参数。因此通过电导率测试优化催化材料的选择以及膜电极制备工艺对改善质子交换膜燃料电池或水电解池的性能极其关键。

目前测试粉体材料电导率的方法主要有压块法、四探针法等。秦长勇等在《华东理工大学学报》发表成果中，将ATO粉末加入压片机空腔后，在一定压力下成型获得压块，然后通过万用电表测量压块两端电阻值，计算获得粉体电导率，该方法易于操作，但是误差较大，不能测量混合荷电粉体材料的离子电导率；陈卫忠等人在其发明专利中（申请号：200810216653.8），先将被测粉体材料通过压片机压块，并在压块两侧压覆金属粉末后连接测试装置，通过直流分流法和交流阻抗法获得了混合荷电粉体材料的电子、离子电导率，金属粉末降低了压块与导线的接触电阻，此方法测试精度较高，但是不能测量不同温度、湿度下混合荷电粉体材料的电子、离子电导率特性。此外，对于混合荷电粉体材料所制备的膜电极兼具电子传导和质子电导性，且其厚度为70-200μm左右，需要较高的测试精度，温度、湿度对膜电极的阻抗产生很大影响，更加大了膜电极阻抗的测试难度。大部分研究者对于膜电极阻抗的测试是在单池中进行的，通过三电极法对工作电极进行交流阻抗测试，利用等效电路拟合得到的电子、质子阻抗，此方法存在很大误差，因为该阻抗值包含线路、盐桥至工作电极电解质电阻等，不仅测试过程繁杂，还造成大量材料浪费，测试成本较高。

在诸多研究者的工作基础上，

发明内容

本实用新型目的在于解决粉体材料电导率与其所制备膜电极阻抗测试中存在的诸多问题，提供一种粉体材料电子、质子电导率以及由其制备膜电极阻抗测试装置及方法。本实用新型借助所设计模具以及电化学工作站，获得粉体材料电子、质子电导率以及由其制备膜电极的阻抗。而且制样步骤简单，误差小，能更加真实的反映不同催化材料在不同温度、湿度条件下的电子、质子电导率大小。

本实用新型的技术方案是：一种粉体材料电导率与膜电极阻抗的测试装置，该装置包括上压杆、上紧固螺杆、控温套管、底座和下紧固螺杆；

所述上压杆的上端一侧设有上接线柱，所述上压杆的下端插入所述控温套管内，所述上压杆与所述控温套管通过所述上紧固螺杆固定，所述上压杆与所述控温套管接触部分设置起到绝缘作用的聚四氟乙烯套管；

所述下端底座的一侧设有下接线柱，所述下端底座与所述控温套管通过所述下紧固螺杆固定；

所述上压杆上设有用于水蒸气的进出管道的上加湿通道，所述下端底座上设有用于水蒸气的进出管道的下加湿通道。

进一步，所述上压杆、上紧固螺杆、控温套管、底座和下紧固螺杆的材质为经退火处理的316L不锈钢，碳素钢，轴承钢或铬12材质。

本实用新型的有益效果是：由于采用上述技术方案，本实用新型提供的测试粉体材料电导率及其所制备膜电极阻抗的装置可以测试粉体材料在不同温度下、湿度下的电子、质子电导率以及膜电极阻抗，测试操作简单，易于掌握；在获得高精度的测试结果的基础上，测试过程没有使用大型精密复杂设备，成本低廉。

附图说明

图1a为本实用新型测量装置的测电子、质子混合导电性应用下的剖面示意图。

图1b为本实用新型测量装置的测试膜电极应用下的剖面示意图。           

图2为被测电子、质子混合导电性粉体压块的三明治结构示意图。

图3为被测膜电极的三明治结构示意图。

图4a为本实用新型具体实施方式中交流阻抗测试的模拟等效电路图。

图4b为本本实用新型具体实施方式中交流阻抗测试的模拟等效电路的简化图。

图5为依照实例1的粉体电导率测量模式获得的不同温度下ATO粉末的电导率数据。

图6照实例2的粉体电导率测量模式获得的不同条件下混合荷电粉体材料ATO-SnP₂O₇粉末的电导率数据。

附图7依照实例3的膜电极阻抗测量模式获得的不同混合荷电粉体制备膜电极的阻抗数据。