[发明专利]用于氟化物熔盐的Ni/NiF2参比电极及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高温氟化物熔盐体系的Ni/NiF₂参比电极及其制作方法。

背景技术

高温熔盐体系中的电化学研究在基础研究和工业生产中均具有非常重要的意义，而参比电极对于电化学参数的准确测量起着至关重要的作用。在氟化物熔盐体系的电化学研究和生产中，一个瓶颈问题是如何制备性能稳定、重现性好、使用寿命长的参比电极。氟化物熔盐中常用的参比电极有以热压氮化硼为套管的Ni/NiF₂参比电极，以氟化镧单晶为隔膜材料的Ni/NiF₂参比电极，或者将Pt、W等惰性金属直接插入熔盐中作准参比电极使用。其中，以热压氮化硼为套管的Ni/NiF₂参比电极，其套管通常采用纯氮化硼热压烧结而成，通过将套管壁加工成很薄的尺寸使熔盐能够实现离子扩散导通。由于纯氮化硼使用中容易出现裂纹导致内部参比盐泄漏，影响参比电极的稳定性，大大缩短了参比电极的使用寿命；并且薄壁套管中的熔盐离子一般需要很长的时间（6～24h）才能实现扩散导通。因此，以热压氮化硼为套管的Ni/NiF₂参比电极其使用寿命短、导通时间长的缺点严重影响了参比电极的使用效果。以氟化镧单晶为隔膜材料的Ni/NiF₂参比电极，由于其结构复杂，制作困难，并且氟化镧单晶价格昂贵，使用过程中容易出现裂纹使参比电极的使用寿命有限、导致其性价比较低，使用范围较小。另外，Pt、W等惰性金属准参比电极在使用过程中容易受所处熔盐环境变化的影响，其电极电位稳定时间短，常发生不可预测的电位漂移，因此也限制了其推广使用的范围。由于氟化物熔盐体系的实验温度高、腐蚀严重、挥发性强、熔盐体系不同及研究过程影响因素复杂等原因，目前国内外尚未很好地解决这个问题。因此，研制一种适用于高温氟化物熔盐体系、结构简单、制作方便、性能稳定、使用寿命长、价格适中的参比电极是非常有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中用于高温氟化物熔盐中使用的Ni/NiF₂参比电极稳定性不好，使用寿命短或是结构复杂而且制作价格昂贵，离子导通时间长的缺陷，提供一种稳定性好、使用寿命长、离子导通时间短、结构简单的用于高温氟化物熔盐体系的Ni/NiF₂参比电极及其制作方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供一种用于高温氟化物熔盐体系的Ni/NiF₂参比电极，其包括一镍丝电极、一绝缘套管和一用于密封所述的绝缘套管的密封塞；所述的绝缘套管的底部装有参比盐；所述的镍丝电极固定于所述的密封塞，所述的镍丝电极的一端穿过所述的密封塞延伸入所述的绝缘套管中，且浸在所述的参比盐中；所述的绝缘套管的外侧壁上设有一弧形凹槽，所述的弧形凹槽的底部设有一通孔，所述的通孔作为所述参比盐的盐桥，使所述的参比盐与所述参比电极外的高温氟化物熔盐实现离子导通；其中，所述的弧形凹槽的表面粗糙度Ra<12.5μm，所述的弧形凹槽的曲率半径≥2mm，所述的通孔的直径为0.05-0.3mm，所述的通孔的深度为0.3-2.0mm。

本发明发明人经过长期研究发现，参比电极的外侧壁设有弧形凹槽，并且将弧形凹槽的表面粗糙度控制在本发明范围内，会让熔盐与绝缘套管的绝缘材料在短时间内完全浸润，而弧形凹槽底部的通孔结构既实现了参比电极内的参比盐与外部研究体系的电流导通，同时减少了参比电极内的参比盐与外部研究体系发生物质交换，保证了参比电极的稳定性及长期使用效果。通孔作为盐桥实现参比电极内外的离子导通，相比现有技术中通过薄壁离子扩散导通的方式，通孔形式的导通需要的时间相对缩短很多。

本发明中，套管内的参比盐液面高于所述的通孔，实现参比盐与参比电极外的高温氟化物实现离子导通即可。较佳地，所述的参比盐的液面高于所述的弧形凹槽的顶端。

本发明中，所述的绝缘套管可以使用本领域常规的绝缘套管。所述的绝缘套管的外径较佳地为8-25mm，所述的绝缘套管的管壁厚度较佳地为2.5-5mm。

其中，所述的绝缘套管的材料可使用本领域常规材料。较佳地，所述的绝缘套管的材料为绝缘陶瓷，更佳地为氧化锆掺杂氮化硼复合材料。其中，氧化锆的含量较佳地为3-5wt%，更佳地为4wt%。

本发明中，所述的弧形凹槽的曲率半径较佳地为3-10mm。

本发明中，所述的弧形凹槽的表面较佳地经过抛光处理达到所述的表面粗糙度。

本发明中，所述的通孔的深度较佳地为0.5-1.0mm。