[发明专利]一种离子电导率测试装置及采用其的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子导体中离子电导率的测试方法，具体的说涉及一种测试电极材料中离子电导率的方法。该方法准确、高效，可满足多种能源设备的测试要求。

背景技术

电极中的离子传导效率，是与燃料电池、金属空气电池、锂离子电池等新型能源技术性能、寿命、成本密切相关的性能，它是电极反应速率与界面建立的决定因素之一。因此，实现离子电导率的高效检测是电极材料与结构制备的关键技术。与普通Nafion膜等高分子材料的离子电导率测试方法不同，电极材料由于同时具有电子电导与离子电导作用，两者难以分离，无法采用铂丝等金属作为集流体进行测试。找到一种可将电子电导与离子电导有效分离检测的方法至关重要。

发明内容

本发明针对现有离子电导率测试技术中无法分离电子电导率的不足，设计制备了一种采用不具有电子导电功能的离子导体作为测试集流体的四电极测试装置，有效地分离了电极材料中的电子导电性与离子导电性，并适用于包括碳材料、金属材料、半导体材料以及均相、多孔等多种材料与结构。

一种离子电导率测试装置，包括一电压/电流测试装置和一测试电极；所述测试电极包括一块体基底，于所述块体基底上设有线性排列的四个通孔，四根铂丝分别插入四个通孔内，铂丝的上端处于块体基底外部，铂丝的下端处于块体基底内部，所述线性排列是指四根铂丝的轴线处于同一平面上，四根铂丝相互平行；所述铂丝下端端面与块体基底下表面的距离为0.1-2mm之间，于所述铂丝下端端面与块体基底下表面之间的通孔内部填充有离子导体聚合物。

所述电压/电流测试装置为恒电位仪、欧姆表、电流表和恒压电源、恒电流仪中的一种。

所述相邻铂丝之间的距离相等，所述铂丝直径相等。

所述块体基底材料为聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚乙烯中的一种。

所述离子导体聚合物为全氟磺酸聚合物、磺化聚醚醚酮、季铵化聚砜、聚苯丙咪唑中的一种。

所述测试装置可检测的离子电导率的范围为0.01-1000Ω·cm。

所述测试装置可检测的离子电导率的范围较优为0.05-100Ω·cm。

所述测试装置检测离子电导率的方法，包括以下步骤，

(1)离子电导的测量：将待测样品制备成薄片状后紧密压合于所述测试电极中的铂丝端面上；所述测试电极中从左至右的第2、3根铂丝与电压测试端连接，所述测试电极中从左至右的第1、4根铂丝分别与电流测试端连接；于所述电压测试端上施加电压，记录电流测试端的响应电流，重复施加不同的电压2次以上，记录电流测试端的响应电流；

(2)数据处理：将上述的测得的电流作为横坐标，电压作为纵坐标作图，得电流-电压曲线，在零电位附近线性较好的一段进行线性拟合，所得拟合曲线斜率d为待测样品的离子电阻；

测试样品的离子电阻率ρ可经过ρ＝Cd进行计算，式中C为修正系数，且

C＝2π/[1/S₁+1/S₂-1/(S₁+S₂)-1/(S₂+S₃)]

其中，S₁、S₂、S₃分别为从左至右起的第1根铂丝与第2根铂丝、第2根铂丝与第3根铂丝、第3根铂丝与第4根铂丝间的距离；

待测样品的电导率值即为1/ρ。

步骤(1)所述施加电压的电压范围为-1V至1V。

当测试样品于铂丝所在直线上的长度大于铂丝间距的10倍以上时，合乎半无限边界条件，电导率值可由上式直接计算得出。

当待测样品的厚度与铂丝间距离的比小于0.5时，需进行系列样品测试，通过曲线拟合进行样品厚度与测量位置的修正。

所述离子电导率测试方法可用于测量碳纸、碳粉、碳纤维、半导体、金属、聚合物中任一一种的离子电导率。

本发明解决了现有技术中电子导体中离子电导率难以测量的问题，采用本发明所述测试装置和方法测试电子导体中的离子电导率测量方法准确，可反应材料中离子的电导特性。

附图说明

图1：本发明所示离子电导率测试装置示意图；图中，

1.绝缘块体；2.铂丝；3.离子导电聚合物；4.测试样品；5.电压施加端；6.电流响应端

图2：实施例1与实施例2测试结果；

图3：实施例3与实施例4测试结果。

具体实施方式

实施例1